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寻找外星生命 瞄准这些信号就对了

2018-08-09 07:35:14 科技日报

  欧洲航天局近日公布的一项研究结果,推高了人们对火星生命的期待——雷达探测器发现火星内部存在液态地下水湖,这无疑为人们寻找火星生命增添了胜利的筹码。

  虽然对火星寄予厚望,但人们寻找生命的目光不限于太阳系内。随着天文学知识的不断积累,人类已经认识到地球所围绕的太阳不过是银河系中一颗普通的恒星。根据目前的观测,在银河系中有数亿颗恒星,而在整个宇宙中,共有200亿—2000亿个含有大量恒星的星系。在这样浩瀚的星海中,地球是否是特殊且唯一的?生命是否有可能诞生在太阳系内或其他恒星周围的行星上?为了解决这些问题,天文学家们开展了不少研究,并逐步发展出了一门名叫“天体生物学”的交叉学科。和那些希望通过不明飞行物(UFO)发现外星人的爱好者们相比,天体生物学家们寻找地外生物的主要手段是通过科学观测和探测寻找生命活动的迹象,并由此推断生命是否可能存在。

  有机物丰度:提示存在生命过程

  如果我们可以发射探测器到其他行星上,则可以在行星中搜寻与生命有关的物质,进而寻找生命曾经存在的痕迹。由于火星与地球的性质最为相近,对火星进行的着陆探测最多,科学家们已经陆续发现了一些与生命有关的物质。

  例如,对于地球上所有已知的生物,有机物是构成生命体的基本化学单元。如果火星上存在有机物,则意味着火星上可能存在适合生命产生的条件。今年5月,美国国家航空航天局(NASA)公布“好奇“号火星车在火星盖尔撞击坑中心的夏普山附近,发现了噻吩(CH4H4S)和二甲基硫醚(C2H6S)等有机物分子的存在,其丰度达到了10ppm(百分之一,相当于克/吨)。这样的有机物丰度与30亿年前地球上的有机物丰度基本相当,可能意味着当时火星和地球上正在发生一些相似的生物过程。此前,液态水存在的证据也曾在盖尔撞击坑附近被发现,因此本次有机物的发现增加了盖尔撞击坑曾是火星生命温床的可能性。

  实际上,早在上世纪七十年代人类刚刚有能力对火星进行着陆探测时,NASA就利用两艘在火星上着陆的“海盗”号探测器对火星的有机物进行了搜寻,却一无所获。后来,更加深入的分析发现有机物有可能在“海盗”号进行样品分析的过程中被破坏。而在设计“好奇”号火星车的分析过程时,就设法避免了类似问题的出现。然而,单凭有机物本身并不能完全证实生命的存在,因为陨石和一些地质过程也可能产生有机物。

  生物化石:劲爆但不够有力的证据

  在自然博物馆中,我们可以看到恐龙、三叶虫等史前动物的化石。通过化石的形状,我们可以辨认出这是一种动物而非其他自然现象形成的物质。

  1984年,一支美国的陨石搜寻队在南极洲发现一块磁体矿陨石,并将其编号为ALH84001。1996年,NASA的科学家在使用扫描电子显微镜对这块陨石进行分析后,惊奇地发现陨石中的一个结构体与细菌的结构十分相似。这些科学家认为他们发现了来自火星的细菌生物化石,并将结论发表在了《科学》杂志上。由于这一发现的内容十分直观,题材又相当“劲爆”,因而迅速被大众媒体大规模报道,将其视作地球以外存在生命的第一个确凿证据。时任美国总统比尔·克林顿还亲自在电视讲话中宣布了这一发现。

  然而,在有些科学家看来,这一发现还并不能完全证明火星存在生命。首先,形似细菌的结构体直径仅有20—100纳米,比目前所有已知的细菌体直径都要小。此外,有科学家在实验室中通过非生物过程得到了与陨石中结构体形态类似的结构。目前,科学界的共识是证实生命的存在不能单凭ALH84001中这样具备生物形态特征的结构,还需要其他的分析和证据支撑。

  大气成分:目前唯一可观测特征

  生命活动会改变行星大气的成分特征。在距今24亿多年以前,地球大气中仅含有微量的氧气。之后,由于生物的光合作用,地球大气中的氧气含量开始不断增加,最终达到了今天的水平。如果在其他行星的大气中发现了氧气,则可以推测这个行星中存在生命。一些细菌可能在代谢过程中释放甲烷,因此大气中的甲烷也可以作为生命存在的特征。如果某颗行星上甲烷的含量存在季节性的变化,则这颗行星上存在生命的可能性将会更高。此外,植物燃烧产生的一氯甲烷、植物腐败过程中产生的一氧化二氮,也可以作为生命存在的大气特征。

  2003年,火星快车探测器首次发现了甲烷在火星全球的广泛分布。据计算,火星上每年必须通过某些过程产生270吨的甲烷,才能维持火星大气中的甲烷浓度,而火星上现在或曾经存在的微生物则被认为是甲烷的可能来源之一。今年5月,NASA宣布“好奇”号在火星上发现了甲烷含量随季节的变化,为火星存在产甲烷微生物的假说增加了证据。

  大气特征可以通过各种望远镜的观测和光谱分析得到。当恒星的光线通过行星的大气层透射或反射后,其光谱特征会因为行星大气的成分而发生变化,通过变化情况与标准光谱特征数据库的对比,科学家们就能了解行星大气中的成分。由于我们尚没有能力向太阳系外的行星发射探测器,大气特征是目前唯一一种可以推测系外行星是否存在生命的生物特征。一拖再拖的詹姆斯·韦伯太空望远镜和美国、欧洲正在智利建设的巨型麦哲伦望远镜、欧洲极大望远镜,均具备观测系外行星大气光谱特征的能力。预计在2030年左右,对首批潜在的宜居行星的大气特征观测将开始。

  和其他的生物特征一样,大气特征本身也不足以完全证实生命的存在,因为非生物过程可能同样能产生类似的大气成分变化。因此,科学家们在研究过程中需要综合多种特征,进行深入分析,排除所有其他的可能性后,才能最终笃定地宣布某颗行星上一定存在生命。

  (作者系哈尔滨工业大学深圳校区博士后)

编辑:谷永光
 
 

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