尋找外星生命 瞄準(zhǔn)這些信號(hào)就對(duì)了

李會(huì)超

歐洲航天局近日公布的一項(xiàng)研究結(jié)果，推高了人們對(duì)火星生命的期待——雷達(dá)探測(cè)器發(fā)現(xiàn)火星內(nèi)部存在液態(tài)地下水湖，這無疑為人們尋找火星生命增添了勝利的籌碼。

雖然對(duì)火星寄予厚望，但人們尋找生命的目光不限于太陽系內(nèi)。隨著天文學(xué)知識(shí)的不斷積累，人類已經(jīng)認(rèn)識(shí)到地球所圍繞的太陽不過是銀河系中一顆普通的恒星。根據(jù)目前的觀測(cè)，在銀河系中有數(shù)億顆恒星，而在整個(gè)宇宙中，共有200億—2000億個(gè)含有大量恒星的星系。在這樣浩瀚的星海中，地球是否是特殊且唯一的？生命是否有可能誕生在太陽系內(nèi)或其他恒星周圍的行星上？為了解決這些問題，天文學(xué)家們開展了不少研究，并逐步發(fā)展出了一門名叫“天體生物學(xué)”的交叉學(xué)科。和那些希望通過不明飛行物（UFO）發(fā)現(xiàn)外星人的愛好者們相比，天體生物學(xué)家們尋找地外生物的主要手段是通過科學(xué)觀測(cè)和探測(cè)尋找生命活動(dòng)的跡象，并由此推斷生命是否可能存在。

有機(jī)物豐度：提示存在生命過程

如果我們可以發(fā)射探測(cè)器到其他行星上，則可以在行星中搜尋與生命有關(guān)的物質(zhì)，進(jìn)而尋找生命曾經(jīng)存在的痕跡。由于火星與地球的性質(zhì)最為相近，對(duì)火星進(jìn)行的著陸探測(cè)最多，科學(xué)家們已經(jīng)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些與生命有關(guān)的物質(zhì)。

例如，對(duì)于地球上所有已知的生物，有機(jī)物是構(gòu)成生命體的基本化學(xué)單元。如果火星上存在有機(jī)物，則意味著火星上可能存在適合生命產(chǎn)生的條件。今年5月，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）公布“好奇“號(hào)火星車在火星蓋爾撞擊坑中心的夏普山附近，發(fā)現(xiàn)了噻吩（CH4H4S）和二甲基硫醚（C2H6S）等有機(jī)物分子的存在，其豐度達(dá)到了10ppm（百分之一，相當(dāng)于克/噸）。這樣的有機(jī)物豐度與30億年前地球上的有機(jī)物豐度基本相當(dāng)，可能意味著當(dāng)時(shí)火星和地球上正在發(fā)生一些相似的生物過程。此前，液態(tài)水存在的證據(jù)也曾在蓋爾撞擊坑附近被發(fā)現(xiàn)，因此本次有機(jī)物的發(fā)現(xiàn)增加了蓋爾撞擊坑曾是火星生命溫床的可能性。

實(shí)際上，早在上世紀(jì)七十年代人類剛剛有能力對(duì)火星進(jìn)行著陸探測(cè)時(shí)，NASA就利用兩艘在火星上著陸的“海盜”號(hào)探測(cè)器對(duì)火星的有機(jī)物進(jìn)行了搜尋，卻一無所獲。后來，更加深入的分析發(fā)現(xiàn)有機(jī)物有可能在“海盜”號(hào)進(jìn)行樣品分析的過程中被破壞。而在設(shè)計(jì)“好奇”號(hào)火星車的分析過程時(shí)，就設(shè)法避免了類似問題的出現(xiàn)。然而，單憑有機(jī)物本身并不能完全證實(shí)生命的存在，因?yàn)殡E石和一些地質(zhì)過程也可能產(chǎn)生有機(jī)物。

生物化石：勁爆但不夠有力的證據(jù)

在自然博物館中，我們可以看到恐龍、三葉蟲等史前動(dòng)物的化石。通過化石的形狀，我們可以辨認(rèn)出這是一種動(dòng)物而非其他自然現(xiàn)象形成的物質(zhì)。

1984年，一支美國(guó)的隕石搜尋隊(duì)在南極洲發(fā)現(xiàn)一塊磁體礦隕石，并將其編號(hào)為ALH84001。1996年，NASA的科學(xué)家在使用掃描電子顯微鏡對(duì)這塊隕石進(jìn)行分析后，驚奇地發(fā)現(xiàn)隕石中的一個(gè)結(jié)構(gòu)體與細(xì)菌的結(jié)構(gòu)十分相似。這些科學(xué)家認(rèn)為他們發(fā)現(xiàn)了來自火星的細(xì)菌生物化石，并將結(jié)論發(fā)表在了《科學(xué)》雜志上。由于這一發(fā)現(xiàn)的內(nèi)容十分直觀，題材又相當(dāng)“勁爆”，因而迅速被大眾媒體大規(guī)模報(bào)道，將其視作地球以外存在生命的第一個(gè)確鑿證據(jù)。時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)比爾·克林頓還親自在電視講話中宣布了這一發(fā)現(xiàn)。

然而，在有些科學(xué)家看來，這一發(fā)現(xiàn)還并不能完全證明火星存在生命。首先，形似細(xì)菌的結(jié)構(gòu)體直徑僅有20—100納米，比目前所有已知的細(xì)菌體直徑都要小。此外，有科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中通過非生物過程得到了與隕石中結(jié)構(gòu)體形態(tài)類似的結(jié)構(gòu)。目前，科學(xué)界的共識(shí)是證實(shí)生命的存在不能單憑ALH84001中這樣具備生物形態(tài)特征的結(jié)構(gòu)，還需要其他的分析和證據(jù)支撐。

大氣成分：目前唯一可觀測(cè)特征

生命活動(dòng)會(huì)改變行星大氣的成分特征。在距今24億多年以前，地球大氣中僅含有微量的氧氣。之后，由于生物的光合作用，地球大氣中的氧氣含量開始不斷增加，最終達(dá)到了今天的水平。如果在其他行星的大氣中發(fā)現(xiàn)了氧氣，則可以推測(cè)這個(gè)行星中存在生命。一些細(xì)菌可能在代謝過程中釋放甲烷，因此大氣中的甲烷也可以作為生命存在的特征。如果某顆行星上甲烷的含量存在季節(jié)性的變化，則這顆行星上存在生命的可能性將會(huì)更高。此外，植物燃燒產(chǎn)生的一氯甲烷、植物腐敗過程中產(chǎn)生的一氧化二氮，也可以作為生命存在的大氣特征。

2003年，火星快車探測(cè)器首次發(fā)現(xiàn)了甲烷在火星全球的廣泛分布。據(jù)計(jì)算，火星上每年必須通過某些過程產(chǎn)生270噸的甲烷，才能維持火星大氣中的甲烷濃度，而火星上現(xiàn)在或曾經(jīng)存在的微生物則被認(rèn)為是甲烷的可能來源之一。今年5月，NASA宣布“好奇”號(hào)在火星上發(fā)現(xiàn)了甲烷含量隨季節(jié)的變化，為火星存在產(chǎn)甲烷微生物的假說增加了證據(jù)。

大氣特征可以通過各種望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)和光譜分析得到。當(dāng)恒星的光線通過行星的大氣層透射或反射后，其光譜特征會(huì)因?yàn)樾行谴髿獾某煞侄l(fā)生變化，通過變化情況與標(biāo)準(zhǔn)光譜特征數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)比，科學(xué)家們就能了解行星大氣中的成分。由于我們尚沒有能力向太陽系外的行星發(fā)射探測(cè)器，大氣特征是目前唯一一種可以推測(cè)系外行星是否存在生命的生物特征。一拖再拖的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡和美國(guó)、歐洲正在智利建設(shè)的巨型麥哲倫望遠(yuǎn)鏡、歐洲極大望遠(yuǎn)鏡，均具備觀測(cè)系外行星大氣光譜特征的能力。預(yù)計(jì)在2030年左右，對(duì)首批潛在的宜居行星的大氣特征觀測(cè)將開始。

和其他的生物特征一樣，大氣特征本身也不足以完全證實(shí)生命的存在，因?yàn)榉巧镞^程可能同樣能產(chǎn)生類似的大氣成分變化。因此，科學(xué)家們?cè)谘芯窟^程中需要綜合多種特征，進(jìn)行深入分析，排除所有其他的可能性后，才能最終篤定地宣布某顆行星上一定存在生命。

(作者系哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳校區(qū)博士后)

[責(zé)任編輯：楊凡、楊婷婷]

想爆料？請(qǐng)登錄《陽光連線》（ https://minsheng.iqilu.com/）、撥打新聞熱線0531-66661234或96678，或登錄齊魯網(wǎng)官方微博（@齊魯網(wǎng)）提供新聞線索。齊魯網(wǎng)廣告熱線0531-81695052，誠(chéng)邀合作伙伴。