随着韦布空间望远镜(JWST)升空,探索系外行星的研究领域正悄然发生变化。毫无疑问,我们很快就将得以深入了解太阳系以外的那些可能与地球类似的岩质世界的情况。或许某一个这样的遥远世界上会有生命存在。但问题是,我们能探测到它吗?
我们也许能够从行星的大气成分中发现生命的迹象。我们可以使用一种能够将光按波长划分的名为透射光谱术的技术,寻找星光通过行星大气层时不同气体可能留下的踪迹。一些吸收星光的气体可以告诉我们,这颗星球上有可能存在着生命,这些就被称为生物特征。以下就是四种最具代表性的潜在生物特征。
1. 氧气和臭氧
氧气或许是最显而易见的生物特征之一了。植物制造氧气,我们呼吸氧气。岩石记录显示,随着生命的演化,地球大气层中的氧气水平发生了巨大的变化。我们所呼吸的氧气是O₂,也就是两个氧原子“粘”在一起。但是氧还可能构成另一种结构,也就是O₃或者叫臭氧,我们同样可以借助JWST对臭氧进行观测。
2. 膦和氨
目前寻找生命的重点可能主要放在了系外行星上,但最近也有一些离家更近的进展。膦是一种在氢为主的大气中会自然出现的化合物,比如木星和土星那样的气态巨行星的大气中。然而,它最近也在金星的大气中被疑似探测到。有趣的是,膦被认为是一种潜在的生物特征。在地球上,膦是由微生物产生的,比如动物肠道中。
3. 甲烷加二氧化碳
能够成为明确的生物特征的单个气体其实并不多,所以,如果我们想探测生命,可能最好寻找一种成功的组合。在地球上,有大量甲烷是由动物放屁产生的。甲烷再加上二氧化碳,就成了一种很好的提示,这个组合可以说明有一些事情正在发生。
4. 化学不平衡
我们可以将上述论点应用在任何不应该“愉快”共存的气体组合中。生命破坏了原本环境的化学平衡,因为它要借助化学反应来产生能量。在地球上,氧气被转化成了二氧化碳,但在不同类型的大气中,有不一样的化学物质可用,生命也可能使用不同过程来实现同样的目标。
JWST已经远远超出了我们对系外行星大气层观测的预期。尽管它已经如此强大,但是要使用透射光谱来研究温度温和、大气层以氮气或二氧化碳为主的岩质行星,仍是非常大的挑战。来自这些行星的信号,很可能比我们在热气态巨行星大气中成功观测到的信号要弱得多。