韋伯望遠(yuǎn)鏡在尋找外星生命將需要追蹤的東西：甲烷

據(jù)了解，韋伯望遠(yuǎn)鏡的作用是闡明黑洞、確認(rèn)我們對(duì)宇宙大爆炸的認(rèn)識(shí)是正確的以及如果它們真的存在甚至可以找到外星生命的最初跡象。或許最大的謎團(tuán)是，在宇宙中是否有人或有東西活著......或我們是否完全是孤獨(dú)的。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家們周一在《Proceeding of the National Academy of Science》上發(fā)表了一篇論文。這篇文章解釋了韋伯在追尋外星生命時(shí)應(yīng)該尋找的東西。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，簡(jiǎn)短的答案是甲烷--一種擁有四個(gè)氫和一個(gè)碳的分子。但如果我們真的想完善我們的外星獵手手冊(cè)，那么故事還有很多內(nèi)容。

來(lái)自加州大學(xué)圣克魯茲分校的天體物理學(xué)家、該研究的論文共同作者Joshua Krissansen-Totton在一份聲明中說(shuō)道：“有兩件事可能會(huì)出錯(cuò)--你可能誤解某些東西為生物特征，結(jié)果得到一個(gè)假陽(yáng)性，或你可能忽略某些真正的生物特征。我們想開發(fā)一個(gè)框架以幫助避免跟甲烷有關(guān)的這兩個(gè)潛在錯(cuò)誤。”

退一步講，為什么我們?nèi)祟愊Ｍf伯在系外行星上搜索甲烷，而不是，比如說(shuō)氧氣？要回答這個(gè)問(wèn)題并不容易。韋伯發(fā)現(xiàn)生物特征也就是生命跡象的方式是通過(guò)捕捉光的吸收波長(zhǎng)展開的。基本上，不同的分子或元素會(huì)吸收不同的波長(zhǎng)--而大氣中氧氣的吸收特性是相當(dāng)難以捕捉的。

加州大學(xué)圣克魯斯分校的天體物理學(xué)家、這項(xiàng)新研究的論文第一作者M(jìn)aggie Thompson在一份聲明中說(shuō)道：“氧氣經(jīng)常被談?wù)摓樽詈玫纳锾卣髦唬赡芎茈y被JWST探測(cè)到。”

從本質(zhì)上講，氧氣可能潛伏在一顆系外行星上，但很容易被錯(cuò)過(guò)。但另一方面，甲烷并不難通過(guò)吸收機(jī)制被發(fā)現(xiàn)。另外，甲烷對(duì)我們星球上的生命相當(dāng)重要，所以它也可能是一個(gè)很好的生命指標(biāo)。

“如果你在一個(gè)巖石行星上探測(cè)到大量的甲烷，你通常需要一個(gè)巨大的來(lái)源來(lái)解釋，”Krissansen-Totton說(shuō)道，“我們知道生物活動(dòng)在地球上創(chuàng)造了大量的甲烷，可能在早期地球上也是如此，因?yàn)橹圃旒淄槭且患喈?dāng)容易的新陳代謝的事情。換言之，地球上的生物過(guò)程--包括人體的生物過(guò)程--經(jīng)常和容易釋放甲烷。”

對(duì)這一點(diǎn)進(jìn)行逆向工程并在宇宙中的某顆巖石行星上發(fā)現(xiàn)甲烷意味著一種生命體，甚至可能像我們一樣，可能已經(jīng)制造了甲烷。但要記住的是，該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是在韋伯掃描此類生命體時(shí)消除任何疑慮或假陽(yáng)性。

Thompson表示：“一個(gè)分子并不能給你答案--你必須考慮到這個(gè)星球的全部情況。甲烷是拼圖中的一塊，但要確定一個(gè)星球上是否有生命你必須考慮它的地球化學(xué)、它如何與它的恒星相互作用以及在地質(zhì)時(shí)間尺度上能夠影響一個(gè)星球的大氣的許多過(guò)程。”

雖然我們知道基于地球的生命肯定會(huì)產(chǎn)生甲烷，但一些非生命的東西也會(huì)產(chǎn)生這種分子。研究人員指出，火山、洋脊、熱液噴口、甚至小行星撞擊都可能產(chǎn)生大量的甲烷并將其推向大氣層。

所以科學(xué)家必須要確保，如果韋伯在宜居帶的巖石行星上發(fā)現(xiàn)甲烷，也就是每個(gè)恒星系統(tǒng)中最有可能承載生命的區(qū)域，它不僅僅是發(fā)現(xiàn)非生物甲烷。

因此，在分析了什么可能將非生物甲烷跟生物甲烷區(qū)分開來(lái)之后，研究人員想出了一個(gè)可靠的經(jīng)驗(yàn)法則，即當(dāng)韋伯最終在一顆巖石行星上探測(cè)到這種分子，那么意味著該行星圍繞著一顆類似太陽(yáng)的恒星運(yùn)行并位于宜居區(qū)。

研究人員指出，如果該行星的大氣層除了甲烷之外還有大量的二氧化碳、甲烷比一氧化碳多得多且該行星似乎沒有極其豐富的水成分，那么我們可能就能排除假陽(yáng)性的情況了。如果不屬于以上任何一種情況，那么它可能來(lái)自非生物來(lái)源，如地面上的某種火山。

然而在未來(lái)，如果我們要實(shí)現(xiàn)尋找我們星球以外的生命這一看似不可能的壯舉，Krissanen-Totten認(rèn)為必須用這種思路進(jìn)行更多的研究。“這項(xiàng)研究的重點(diǎn)是甲烷作為生物特征的最明顯的假陽(yáng)性。巖質(zhì)系外行星的大氣層可能會(huì)讓我們感到驚訝，我們將需要謹(jǐn)慎地進(jìn)行解釋。”