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

目前，天文學(xué)家已發(fā)現(xiàn)4000多顆系外行星，研究這些行星的重要目標(biāo)之一，就是找到另一個(gè)適宜人類居住的星球，為未知的將來尋找下一個(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)間觀測(cè)地球大氣，探求地球“指紋”。他們表示，在尋找類地系外行星時(shí)，可以利用地球“指紋”鎖定目標(biāo)。日前，他們的研究結(jié)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(biāo)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(qiáng)下，會(huì)產(chǎn)生獨(dú)特的光譜特征。”中科院紫金山天文臺(tái)副研究員陳果告訴科技日?qǐng)?bào)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，導(dǎo)致恒星星光出現(xiàn)跌落。在凌星時(shí)刻，恒星的一小部分光線被行星大氣層篩過，行星大氣層中的成分便在光譜中留下了特有的“指紋”。“通過比較凌星前后的光譜，就可以推測(cè)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?qǐng)?bào)記者。

地球“指紋”中包含了甲烷和臭氧成分，這被稱為生物標(biāo)志。對(duì)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(yīng)，從而導(dǎo)致甲烷或者臭氧減少。所以，除非有外力干預(yù)，否則我們不會(huì)看到臭氧和甲烷長(zhǎng)期穩(wěn)定地共存。而外力干預(yù)的途徑之一，就是存在生命活動(dòng)產(chǎn)生的生化過程，這一過程能不斷地補(bǔ)充大氣中的臭氧或者甲烷。因此，觀測(cè)到臭氧和甲烷共存，是確認(rèn)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(xiàn)水蒸氣，則可能意味著這個(gè)星球具有獨(dú)特的溫度、壓強(qiáng)條件，以及液態(tài)水存在的可能。“而從目前人類認(rèn)知來說，液態(tài)水是生命賴以生存的基本條件之一。因此，發(fā)現(xiàn)水蒸氣是尋找生命跡象的第一步。”

同樣，氧氣也是目前人類生存的基本條件之一。若能發(fā)現(xiàn)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(duì)生物免受過量紫外輻射，維持宜居環(huán)境極為重要。

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

尋找路燈下的螢火蟲

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獲得其“指紋”?

“正是因?yàn)槲覀儾恍枰枞展庾V就能知道地球大氣成分，才能很好地去驗(yàn)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，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(cè)量凌星光譜。此外，凌星光譜局限于研究晨昏線的大氣，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(yuǎn)，所以當(dāng)它們掠過宿星表面時(shí)，我們很難區(qū)分哪一部分光線是從行星大氣中穿透過來的。“你能想象，在1000公里以外尋找路燈下的一只螢火蟲有多難嗎?用凌星光譜探測(cè)大氣成分比這更難。”

不過，即使我們?cè)谝活w星球的光譜中看到生物標(biāo)志，也并不能就此斷言其一定存在著生命;看不到“生物標(biāo)志”，也未必沒有存在生命的可能性。因?yàn)樯旧砗軓?fù)雜，適宜生命存在的條件也沒有絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)。“只能說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。