如何通過化學信號判定行星上是否有生命存在？

（本文為網易科學編譯稿件）

網易科技訊8月29日消息，據國外媒體報道，上周科學家宣布發現了一顆新的宜居類地行星Proxima b，其距離地球僅為4光年，是恆星比鄰星(Proxima Centauri)的其中一顆行星。與所有的科學新發現類似，Proxima b帶給我們的問題要比發現的更多。雖然很多專家稱其質量與地球相似，而且公轉軌道距離恆星不遠也不近，可以支持液態水的存在。但除此之外，所有的一切都是純屬猜測。Proxima b是否存在大氣層？其地表如何？最重要的是，是否有生命的跡象？

《福布斯》撰稿人伊森·西格爾（Ethan Siegel）告訴我們，對於Proxima b的存在「持懷疑態度是相當重要的」。他解釋稱，幾年前也有報道稱在恆星周圍存在一顆類似行星，但很快就被證偽。

而《華盛頓郵報》作家喬爾·阿亨巴赫（Joel Achenbach ）同時指出，諸如關於Proxima b報道中所稱的「宜居區」以及「類地」等概念，並不意味著真的適合人類「居住」或是「就像地球」。在我們自己的太陽系中，火星和金星同樣處於宜居區，並不適合人類居住，也並未發現有生命存在的跡象。

現在，讓我們更進一步，再談談關於類地行星上生命存在的相關跡象。在最基本的層面，生命的存在會引發一系列特定的化學凡因後果。這意味著在在宇宙中探索生命存在也是一個化學範疇的問題。

這可以說是在合適的地方尋找合適的分子組成。科學家無須到訪Proxima b，而僅需通過功能強大的天文望遠鏡開始這一過程。根據麻省理工學院天體物理學家薩拉·西格（ Sara Seager ）的概述，尋找分子是一個有步驟的邏輯問題：

「要確定一個行星是否存在生命跡象，僅僅知道這個星球由岩石組成，或是處於宜居區都是不夠的。我們需要觀察行星的大氣組成，分析行星大氣層的溫室效應大小，從而判斷該行星的表面溫度是否適於生命存在。接下來要確定這顆行星的大氣成分是否宜居。而最具挑戰性且最令人興奮的是，我們還可通過分析大氣成分來確定是否有生命存在。」

然而遺憾的是，迄今為止在尋找外星生命的過程中尚未發現確鑿相關化學證據。地球大氣的主要成分是氮氣和氧氣，此外還包含了少量水蒸汽、甲烷以及一氧化氮等。所有這些成分都是化學分析的出發點。如果Proxima b的大氣中有水蒸汽的存在，可以作為星球表面存在液態水的證據。如果研究人員能夠在大氣中發現含量豐富的氧氣，也可能是植物或某些微生物存在的標誌，因為它們在光合作用過程中產生氧氣。

當然，也可能大氣中沒有這些成分，況且生命跡象也不是氧氣存在的唯一解釋。事實上，氧氣也可以通過地質活動來產生。最近的研究甚至表明恆星產生的紫外線可以破壞水分子或是二氧化碳，從而游離出氧氣分子。

對於氧氣的存在並不等同於生命的存在，西格繼續解釋稱，恆星發出多種波長的光輻射，其中包括紅外線以及紫外線。每顆恆星都有自己特定的光譜，而這會影響到其行星的大氣化學成分。Proxima b是恆星比鄰星的一顆行星。而比鄰星是一顆紅矮星，其輻射的紫外線與我們的太陽有所不同。西格指出，相比於地球大氣層，比鄰星紫外線對Proxima b大氣中羥基自由基的帶來的反應要更低，氧氣分子的破壞性要小。西格稱，「如果氧氣不被紫外線破壞，那麼即便是很少量的氧氣，包括地質活動中產生的氧氣，也能通過時間得以慢慢積累，從而在大氣中達到一個較高的水平。」

這麼聽起來，對氧氣的分析有些令人失望。但是，有關生命的化學信號依舊可以被找到，只是比氧氣這種單一分子要複雜很多。西格所帶領的一個麻省理工學院研究團隊正在開發生命跡象分子資料庫。該資料庫中包含成千上萬中分子。去年4月份，西格的團隊在天體生物學雜誌上撰文指出，資料庫的建立是通過對分子庫按照一定的標準進行篩選，找到最有可能代表生命跡象的氣體。

為什麼會有如此多的分子？西格稱，「除了氧氣分子，天文學家也可以考慮其他氣體會代表生命存在，包括甲烷、一氧化氮、二甲基硫醚等等。儘管資料庫中包含了諸多分子的詳盡研究，但我還是擔心這份清單太過有限。」

當然，我們沒有理由相信，其他適合居住的行星表面的化學物質以及大氣成分都和地球類似。地球上的生命產生了成千上萬種氣體成分，西格的團隊將其一一搜集，也僅僅是其他行星存在生命跡象的潛在依據。以地球大氣中的微量甲基氯和甲基溴為例，這是海洋中的浮游生物所產生的兩種化合物。其在地球大氣中的含量非常低，但也有可能在其他行星高度聚集。

最後，沒有哪一種氣體是生命在另一個世界存在的確鑿標誌。即便是確定了精確的氣體組成比例和濃度，在另一個星球也會大不一樣。

事實上，這就是一個尋寶的故事，遊戲已經開始，尚未結束。（晗冰）

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