太陽(yáng)系外是否有生命?尋找這個(gè)問(wèn)題的答案猶如尋覓一座圣杯。

　　目前，天文學(xué)家已發(fā)現 4000 多顆系外行星，研究這些行星的重要目標之一，就是找到另一個(gè)適宜人類(lèi)居住的星球，為未知的將來(lái)尋找下一個(gè)家園。

　　加拿大麥吉爾大學(xué)物理系教授尼古拉斯·考恩和學(xué)生伊芙琳·麥克唐納花了 10 多年時(shí)間觀(guān)測地球大氣，探求地球“指紋”。他們表示，在尋找類(lèi)地系外行星時(shí)，可以利用地球“指紋”鎖定目標。日前，他們的研究結果發(fā)布在《皇家天文學(xué)會(huì )月刊》上。

　　什么是地球“指紋”?為何能幫助我們尋找系外行星上的生命?這種方法可靠嗎?

　　光譜特征中的生物標志

　　地球“指紋”是指地球大氣的光譜。“大氣不同成分在特定溫度、壓強下，會(huì )產(chǎn)生獨特的光譜特征。”中科院紫金山天文臺副研究員陳果告訴科技日報記者。

　　如何獲得大氣光譜?天文學(xué)家使用的是凌星法。凌星指的是系外行星從它們的宿主恒星前面經(jīng)過(guò)，導致恒星星光出現跌落。在凌星時(shí)刻，恒星的一小部分光線(xiàn)被行星大氣層篩過(guò)，行星大氣層中的成分便在光譜中留下了特有的“指紋”。“通過(guò)比較凌星前后的光譜，就可以推測行星大氣中可能存在哪些分子。”南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授周禮勇告訴科技日報記者。

　　地球“指紋”中包含了甲烷和臭氧成分，這被稱(chēng)為生物標志。對此，陳果解釋道：“臭氧和甲烷這兩種分子在自然條件下會(huì )產(chǎn)生化學(xué)反應，從而導致甲烷或者臭氧減少。所以，除非有外力干預，否則我們不會(huì )看到臭氧和甲烷長(cháng)期穩定地共存。而外力干預的途徑之一，就是存在生命活動(dòng)產(chǎn)生的生化過(guò)程，這一過(guò)程能不斷地補充大氣中的臭氧或者甲烷。因此，觀(guān)測到臭氧和甲烷共存，是確認某一星球上存在生命特征的途徑之一。”

　　如果在大氣的光譜中發(fā)現水蒸氣，則可能意味著(zhù)這個(gè)星球具有獨特的溫度、壓強條件，以及液態(tài)水存在的可能。“而從目前人類(lèi)認知來(lái)說(shuō)，液態(tài)水是生命賴(lài)以生存的基本條件之一。因此，發(fā)現水蒸氣是尋找生命跡象的第一步。”

　　同樣，氧氣也是目前人類(lèi)生存的基本條件之一。若能發(fā)現臭氧，則這個(gè)星球很可能存在氧氣。臭氧層還能吸收臨近恒星的紫外輻射，這對生物免受過(guò)量紫外輻射，維持宜居環(huán)境極為重要。

　　“如果能夠在一顆系外類(lèi)地行星的‘指紋’中發(fā)現類(lèi)似地球凌日光譜的生物標志，那在很大程度上說(shuō)明了這個(gè)系外類(lèi)地行星很可能也存在著(zhù)生命。”陳果表示。

　　尋找路燈下的螢火蟲(chóng)

　　知道地球大氣成分并不難，為何我們還要用凌星光譜的方法來(lái)獲得其“指紋”?

　　“正是因為我們不需要凌日光譜就能知道地球大氣成分，才能很好地去驗證凌日、乃至凌星光譜在研究行星大氣組成時(shí)的適用性和可靠性。”陳果說(shuō)，凌星光譜更多的目的還是在研究系外行星大氣的組成，進(jìn)而尋找宜居的系外行星。

　　但這一方法存在局限性。凌星法的本質(zhì)是研究凌星造成的恒星星光變化。“但造成恒星星光變化的因素不僅只有行星大氣，還有可能來(lái)自恒星本身的活動(dòng)。就像太陽(yáng)的黑子、亮斑等，這些都有可能‘污染’測量凌星光譜。此外，凌星光譜局限于研究晨昏線(xiàn)的大氣，并且難以深入到非常底層的大氣層。”陳果告訴記者。

　　周禮勇也談到，系外行星距離地球比較遠，所以當它們掠過(guò)宿星表面時(shí)，我們很難區分哪一部分光線(xiàn)是從行星大氣中穿透過(guò)來(lái)的。“你能想象，在 1000 公里以外尋找路燈下的一只螢火蟲(chóng)有多難嗎?用凌星光譜探測大氣成分比這更難。”

　　不過(guò)，即使我們在一顆星球的光譜中看到生物標志，也并不能就此斷言其一定存在著(zhù)生命;看不到“生物標志”，也未必沒(méi)有存在生命的可能性。因為生命本身很復雜，適宜生命存在的條件也沒(méi)有絕對標準。“只能說(shuō)凌星光譜給我們提供了窺探生命痕跡的一個(gè)視角。”周禮勇說(shuō)。
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