距离如此遥远，我们要如何知道是否存在外星生命？

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遥远的行星上发现了生命可能存在的迹象-我们应该多兴奋？

系外行星K2-18b上也许存在水海洋

系外行星K2-18b上也许存在海洋（图源：美国国家航空航天局，加拿大航天局，欧洲航天局，J·奥姆斯特德（美国太空望远镜科学研究所），《科学》杂志：N·马杜苏丹（剑桥大学））

詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）的观测数据显示，在位于狮子座的一颗绕着恒星转的系外行星上有一些化学物质，在地球上，它们与生物体有关。但这些都只是模糊的猜测。那这颗系外行星上存在外星生命的可能性有多大呢？

系外行星是指围绕着恒星（除太阳）转动的绕轨行星。上述疑问中的这颗行星叫做K2-18b。因作为绕红矮星K2-18转动的第一颗被发现的行星而得名。当然也存在K2-18c，它是第二颗被发现的行星。K2-18这颗恒星比太阳更为黯淡和冰冷，这意味着如果要获得像地球一样的光照水平，它的行星离它需要比地球离太阳更近。

这个恒星系统位于124光年之外，从天文学角度上讲并不算远。那这颗系外行星的情况如何呢？这个问题很难回答。天文望远镜和先进的技术能告诉我们这颗恒星是什么样的，距离我们多远，但我们无法直接捕捉到这颗行星的图像。然而我们能解决一些基础问题。

计算有多少光照射到了K2-18b上对评估它上面生命存在的可能性非常重要，K2-18b的轨道距K2-18的距离比地球距太阳更近：大概是地球到太阳距离的16%。另一个我们需要计算的数值是K2-18释放出的能量：即它每秒释放的能量之和。K2-18释放的能量是太阳的2.3%。

使用几何手段，我们能算出K2-18b每平方米会接收1.22kw的太阳能。接近于我们在地球上接收到的1.36kw光能。尽管这其中只有少部分能量来自于K2-18，不过因为它的行星离的更近扯平了。迄今为止一切都进展顺利，然而，计算光能时没有把云层和行星表面的反射情况考虑在内。

当我们设想其他行星存在生命时，一个经常用来评估上面宜居地带的指标是水能以液态形式存在的平均地表温度，一般认为这是生命存在的关键。2019年，哈勃空间望远镜观测K2-18b时发现了上面水蒸气存在的迹象，这说明它表面存在液态水。研究认为这颗行星表面存在着大型海洋。

詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）的形象示意图（图源：美国国家航空航天局/戈达德航天中心/CIL/阿德里安娜·曼里克·古铁雷斯），

这在当时引起了一阵兴奋，但在没有进一步证据的情况下，它仅仅是一个有意思的结论。现在我们有报告称JWST已经在它的大气层中发现了二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）以及可能存在的二甲基硫化物（DMS）。对二甲基硫化物的初步探测至关重要，因为它只由地球上的水藻产生。我们目前知道不通过生命形式它无法自然产生。

K2-18b上存在生命吗？

所有这些信息似乎都指向K2-18b上也许存在外星生命。 然而事情并没有那么简单，我们不知道这个结论的可信度如何。我们用来确认一个系外行星大气层组成的方法是观测它从不同的来源（通常是一个恒星或星系）吸收了多少穿过大气层边缘的光。任何化合物都会吸收特定波长的光，我们可以通过这个特点进行测量。

关于系外行星大气组成的一个设想（图源：美国国家航空航天局,欧洲航天局,加拿大航天局，美国太空望远镜科学研究所, 约瑟夫·奥姆斯特德(美国太空望远镜科学研究所)）

想象一下你正在观看一束光穿过玻璃管的场景，当玻璃管中什么都没有时你可以看到光能完全通过。如果你往里倒了一些水，你能看到光大部分能通过，但出现了一些光效应和色彩，它们相当于空间中存在的氢气和尘埃云。现在再想象一下你往里倒入了一些红色的食用色素-可以将其类比为一个行星大气层的主要化学组成成分。

但大气层一般是由多种化学物质组成的。你想要测量任何一种都相当于把50种（可能更多）颜色不同量的食用色素倒入到玻璃管里并试着去确认其中的某种颜色目前含量是多少。这是一个伴随着很多主观评估和错误的超难任务。此外，穿过大气层的光还携带着恒星化学成分的信号-这进一步增加了分析的复杂程度。

K2-18b大气层的化学组成成分（图源：美国国家航空航天局,欧洲航天局,加拿大航天局，美国太空望远镜科学研究所,约瑟夫·奥姆斯特德 (美国太空望远镜科学研究所),N.马杜苏丹（剑桥大学））

几年前有一阵关于金星上是否存在生命的研究热潮，当时的研究结果表明金星上存在可以由微生物产生的磷化氢。然而，这个发现被后续的几个研究成功证伪了。站在天文学角度上讲，如果我们还对隔壁行星大气层的成分有什么困惑，就很容易知道为什么分析一个距地球数倍遥远的行星是如此艰难。

我们能从中得到什么呢？

系外行星K2-18b存在生命的概率很低但并不是完全没可能。这些结果不可能改变任何人对外星生命存在的观念或信仰。相反，他们证明了我们在观测不属于我们的世界时发现更多信息的能力有所提升。

来自JWST约瑟夫·奥姆斯特德的图片，离地球最近的恒星诞生区域（图源：美国国家航空航天局,欧洲航天局,加拿大航天局,美国太空望远镜科学研究所,,蓬托普迪丹(美国太空望远镜科学研究所)）

—美国国家航空航天局的TESS系外行星探测卫星在太空中庆祝5周年

—詹姆斯韦伯太空望远镜监测岩性系外行星TRAPPIST-1，发现了生命也许不存在的坏消息

—美国国家航空航天局也许在50年前就无意识发现并杀死了火星上存在的外星生命，科学家称詹姆斯韦伯太空望远镜的能力不止于产出不可思议的照片，还可以提供天体本身更详细更精确的数据。通过了解哪些系外行星上存在水哪些不存在也能帮助我们了解地球如何形成的。

研究巨大的系外行星的大气层能了解那些与太阳系的行星（例如木星和土星）相似的世界。其中测量CO2的含量可以像我们揭示极端的温室效应会对行星产生怎样的影响。这是研究行星大气层组成的真正能力。

BY:Ian Whittaker

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