文章介绍了一项研究认为我们利用大气层寻找生命证据的最佳机会是扩大我们对像我们这样的行星的搜索范围,将那些有氢大气的行星也包括在内。

天文学家们认为应当寻找吸氢外星人,原因在此

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开普勒22b 图源:NASA

未来,人们可能通过分析行星大气首次找到系外行星上存在生命的证据。随着已知类地行星数量不断增加,可能很快就能发现适合地球生命生存的大气环境。

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但如果外星生命的化学机制和地球生物不同怎么办?一项发表于《自然·天文》的新研究称,如果想要通过分析大气找到地外生命存在的证据,那么只关注类地行星是不够的,最好把有氢大气的行星也纳入研究范围之中。

当系外行星从其恒星前方经过时,就能研究其大气组分——此时恒星光必须穿过行星大气才能到达地球,而部分恒星光会被行星大气吸收。按照不同波长分解恒星光得到光谱,观察恒星光谱,发掘其中缺失的部分,就能揭示行星的大气组分。记录系外行星大气也是一度延迟发射的詹姆斯韦伯太空望远镜的任务之一。

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假设找到了一种大气,化学组成和预期不一致,那最简单的解释是,行星上的生命进程在维持着这种大气组分。地球即如是:地球大气包含甲烷(CH4),天然能与氧气发生反应生成二氧化碳,但甲烷没有消失,首要原因就是生物过程的存在。另一种解释是,如果二十四亿年前在所谓的“大氧化事件”中,光合微生物没有将氧气从二氧化碳中释放出来,那现在地球大气里根本不会有氧气,甲烷自然就能留存了。

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将目光投向有氧大气之外

这项新研究的作者们声称,我们应该开始探索大气以氢为主的、类地行星以外的其他行星。这些行星的大气中很可能没有游离氧,因为氢气和氧气会形成高度易燃的混合气体。

氢气是最轻的分子,很容易向空间逃逸。一个岩石行星要有大到足以维持有氢大气的引力,必须要是一个质量在地球2~10倍间的“超级地球”。这些氢气既可能是行星从生长时处在的气体云中捕获的,又可能是之后的铁和水的反应中析出的。

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地球大气以氮气为主,与地球相比,在大气以氢气为主的行星上,随高度升高,大气密度下降速度要慢14倍,这使氢大气行星周围的大气包络大14倍,更容易在光谱观测中被发现。更大的大气尺度也能增加直接用光学望远镜成像观察到的几率。

实验室里的吸氢生物

作者们在实验室中证明,大肠杆菌(人肠道里有数十亿)能在完全无氧的氢气环境中存活并繁殖;数种酵母菌也能做到。这都是很有意思的结果,但不能进一步证明在氢气环境下生命能蓬勃发展。

此外,地壳中有很多微生物也靠代谢氢来存活,一种多细胞生物一生都在地中海海底的无氧区里度过。

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地球大气起初是没有氧气的,氢气含量也不会超过1%。但早期生命的代谢方式可能是氢气和碳反应生成甲烷,和人类利用氧气和碳生成二氧化碳的代谢方式有所不同。

“生命信号”气体

然而,这项研究还是得到了一项重大发现。研究人员们证明,在氢气环境下,由酵母菌产生的气体多达数十种,多样性惊人。其中,许多是能在有氢大气里被检测到的“生命信号”气体,如二甲基硅化物,羰基硫和异戊二烯。在知道具体需要寻找的气体组分后,在系外行星发现生命的概率就大大增加了。

据说,用氢气的甲烷反应过程的效率要低于其他用氧气的反应过程。然而,对天体生物学家而言,吸氢生命其实已经是一个公认的概念了。在一些比较合理的科幻小说,如大卫·布林的“提升”系列(Uplift)中,已经出现了有意识的吸氢生物。

作者们还指出,当氢气达到一定浓度时,可以充当温室气体,从而使行星表面足够温暖,以维持液态水的存在,并使地表生命更加远离恒星。

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研究没有提到在木星等气态巨行星上寻找生命的可能性。即便如此,揭示这些之前难以为人发觉的可能生命迹象,将有富氢大气的超级地球也算作宜居世界,就是将潜在有生命迹象的星球数量翻了一倍。

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FY:张掩护

作者:DAVID ROTHERY

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