尋找外星生命 瞄準(zhǔn)這些信號就對了

李會超

歐洲航天局近日公布的一項研究結(jié)果，推高了人們對火星生命的期待——雷達(dá)探測器發(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)知識的不斷積累，人類已經(jīng)認(rèn)識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，在銀河系中有數(shù)億顆恒星，而在整個宇宙中，共有200億—2000億個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)觀測和探測尋找生命活動的跡象，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，對火星進(jìn)行的著陸探測最多，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，美國國家航空航天局（NASA）公布“好奇“號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。

實際上，早在上世紀(jì)七十年代人類剛剛有能力對火星進(jìn)行著陸探測時，NASA就利用兩艘在火星上著陸的“海盜”號探測器對火星的有機(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”號進(jìn)行樣品分析的過程中被破壞。而在設(shè)計“好奇”號火星車的分析過程時，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生命的存在，因為隕石和一些地質(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、三葉蟲等史前動物的化石。通過化石的形狀，我們可以辨認(rèn)出這是一種動物而非其他自然現(xiàn)象形成的物質(zhì)。

1984年，一支美國的隕石搜尋隊在南極洲發(fā)現(xiàn)一塊磁體礦隕石，并將其編號為ALH84001。1996年，NASA的科學(xué)家在使用掃描電子顯微鏡對這塊隕石進(jìn)行分析后，驚奇地發(fā)現(xiàn)隕石中的一個結(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)模報道，將其視作地球以外存在生命的第一個確鑿證據(jù)。時任美國總統(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)家在實驗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)界的共識是證實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：目前唯一可觀測特征

生命活動會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，則可以推測這個行星中存在生命。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，火星快車探測器首次發(fā)現(xiàn)了甲烷在火星全球的廣泛分布。據(jù)計算，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，其光譜特征會因為行星大氣的成分而發(fā)生變化，通過變化情況與標(biāo)準(zhǔn)光譜特征數(shù)據(jù)庫的對比，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)射探測器，大氣特征是目前唯一一種可以推測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、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，均具備觀測系外行星大氣光譜特征的能力。預(yù)計在2030年左右，對首批潛在的宜居行星的大氣特征觀測將開始。

和其他的生物特征一樣，大氣特征本身也不足以完全證實生命的存在，因為非生物過程可能同樣能產(chǎn)生類似的大氣成分變化。因此，科學(xué)家們在研究過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]

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