怎樣科學地尋找地外生命？

原文以Exoplanet hunters rethink search for alien life為標題

發布在2017年11月20日的《自然》新聞上

原文作者：Alexandra Witze

天文學家從化學和地質學角度重新思考外星生命存在的機率。

亞利桑那州立大學天體物理學家Steve Desch可以預見外星生命研究的未來，然而它並不美好。他說，想像天文學家使用NASA即將發射升空的詹姆斯·韋伯空間望遠鏡觀察一個地球質量星球的大氣層，尋找外星生命跡象。再想像他們苦苦追尋大氣氧痕迹多年，最終卻發現那些不過是由地質活動產生的假陽性，和生命體並無關係。

系外行星Ross 128b繞一顆低溫矮星運行，它的表面可能存在液態水。

M. Kornmesser/ESO

2017年11月13日-17日，Desch與其他一些行星獵人相聚美國懷俄明州拉勒米市，共同商討更好的搜尋地外生命的方式。宜居性的標準定義——星球表面存在液態水，也開始引發一些爭議。許多人認為不應該以此指導外星生命的搜尋，而應該將重點放在發現外星生命的機率——如有外星生命存在的話。

Desch告訴與會人員：「一些星球可能宜居，但是沒有生命。」

其實，充滿水的世界或許是最不可能出現生命的地方。根據會上展示的一項研究，被海洋覆蓋的星球可能缺少磷——地球生命賴以生存的一種營養素。其它研究則認為被深水覆蓋的星球在地質上看是無生氣的，缺乏像地球那樣孕育生命的行星過程。

「宜居性不止關於找到外星生命呼吸的標誌，」日本宇宙航空研究開發機構空間與航空科學研究所的天文學家、系外行星研究員Elizabeth Tasker說，「它還關於行星的地質和化學條件如何相互作用形成有利或不利的環境，這導致地外生命的搜索工作變得更加複雜。」

海陸並存

天文學家已經編錄了成千上萬的系外行星，其中可能宜居的有十幾個。11月15日最新公布的Ross 128b距離地球僅3.4秒差距（11光年）。它符合科學家已經搜索了幾十年的目標：一顆地球大小的行星，繞鄰近恆星運行，很可能因軌道距離適中而表面存在液態水。

大部分的這類行星都因為某些原因而無法真正成為另一顆地球。以Ross 128b為例，它的主星是溫度較低的矮星，而不是太陽那樣的高溫恆星。但是Tasker認為科學家用以衡量一顆星球是否宜居的常規指標，比如它相對於其恆星的位置以及它與地球的相似度，存在誤導。

為了合理分配寶貴的觀測時間，一些科學家建議把目標鎖定為像地球一樣海陸並存的行星。因為如果一顆行星的表面除了水而別無他物，那麼它可能不具有可以支撐生命的關鍵營養素形式——如果外星生命基於和地球生命一樣的化學原理。

亞利桑那州立大學的微生物生態學家Tessa Fisher說：「我們有一種根深蒂固的觀念，即如果有海洋，那麼就存在生命。」但是她的最新研究成果不支持這種觀點。Fisher及同事研究了如果一顆「水行星」表面幾乎全部或完全被水覆蓋，且水量達到地球海洋水量的5倍，結果會怎麼樣。他們在會上對此做了研究報告。

在地球上，雨水敲打岩石，將磷和其它營養素沖刷進海洋。但是在沒有裸露陸地的水行星上，磷無法進入水中。這樣就沒有海洋生物體（如浮游生物）產生行星大氣層中的氧氣——使這類行星難以存在生命。

SOURCE:C. V. Morley et al.Preprint at https://arxiv.org/abs/1708.04239 (2017)

汪洋一片

亞利桑那州立大學的地質學家Cayman Unterborn分析了50倍地球海洋水量對於一顆行星的整體影響，他認為這會造成另一種麻煩。所有這些水的重量會對海床產生巨大壓力，導致行星內部完全無法融化。

而行星至少需要一些內部融化才能維持地質活動，如板塊構造，為生命提供合適的地球化學環境。Unterborn認為在這種情況下，「太多的水也不是好事。」

形成富水星球不難。Tasker認為許多行星可能在遠離母星的低溫情況下形成：由岩石碎片和冰塊聚集產生。如果這種行星後來遷移到距離母星更近的位置，則冰塊融化，表面成為一片汪洋。距離地球12.6秒差距（41光年）的紅矮星TRAPPIST-1周圍有7顆類地行星，據信其中幾顆表面存在大量的水。

Tasker認為天文學家不要本能地研究這類水世界，而應該更加深入地思考它們如何隨著時間推移發生演變。她說：「我們需要謹慎地選擇要研究的行星。」

詹姆斯·韋伯空間望遠鏡將於2019年發射升空，屆時它的主要任務將是研究潛在類地行星。研究人員已經開始分析系外行星大氣層中的氧、甲烷或其它「生物特徵」氣體在該望遠鏡視角下可能呈現何種形態。

在拉勒米會議的最後，與會人員投票表決科學家是否能在2040年之前在某顆系外行星上找到生命存在的證據。結果並不樂觀：47票否定，29票肯定。不過，更多人投票相信我們能在21世紀50年代或60年代發現外星生命。

在那之前，我們應有足夠的時間來討論確定哪些星球是最好的搜尋目標。

Naturedoi:10.1038/nature.2017.23023

你覺得是尋找地外生命更重要還是尋找宜居星球更重要呢？

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