在人類探索宇宙的漫長(zhǎng)征程中，尋找外星生命一直是科學(xué)界最為矚目的課題之一。近日，一個(gè)國(guó)際天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)在最新一期《自然?天文學(xué)》上發(fā)表的論文，猶如一顆重磅炸彈，在全球科學(xué)界引發(fā)了巨大轟動(dòng)。通過對(duì)詹姆斯?韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）觀測(cè)數(shù)據(jù)的深入分析，他們首次在 7 顆類地系外行星的大氣中，同時(shí)檢測(cè)到氧氣、甲烷和二氧化碳的異常共存現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)意義非凡，這種特定的氣體組合，被地球生命演化史反復(fù)驗(yàn)證為生命活動(dòng)的化學(xué)指紋，或許將成為迄今為止最可靠的外星生命候選信號(hào)。

探秘 TRAPPIST-1 星系：七顆行星的神秘面紗

此次研究的焦點(diǎn)，是距離地球約 40 光年的 TRAPPIST-1 星系。這一星系圍繞著一顆紅矮星運(yùn)轉(zhuǎn)，其獨(dú)特之處在于，七顆巖石行星緊密排列在紅矮星周圍，其中三顆幸運(yùn)地位于宜居帶內(nèi)。宜居帶，這個(gè)被科學(xué)家們視為生命誕生搖籃的區(qū)域，溫度條件適宜，理論上允許液態(tài)水的存在，而水，正是生命起源和發(fā)展的關(guān)鍵要素。

然而，真正讓科學(xué)家們興奮不已的，并非僅僅是行星的位置，而是它們那稀薄大氣層中令人稱奇的化學(xué)組成。在這些行星的大氣層中，氧氣和甲烷這兩種在化學(xué)反應(yīng)中通常被視為 “死對(duì)頭” 的氣體，竟然和平共處，并且還伴隨著穩(wěn)定比例的二氧化碳。這一現(xiàn)象在地球的化學(xué)環(huán)境中幾乎是不可能自然發(fā)生的。在地球?qū)嶒?yàn)室里，氧氣和甲烷的化學(xué)反應(yīng)十分迅速，這樣的組合在 24 小時(shí)內(nèi)就會(huì)因化學(xué)反應(yīng)而消失殆盡，除非有持續(xù)的生命活動(dòng)不斷補(bǔ)充這些氣體。這一發(fā)現(xiàn)，無疑為這些系外行星上可能存在的生命活動(dòng)，提供了強(qiáng)有力的暗示。

為了更直觀地展示這一驚人發(fā)現(xiàn)，論文中還附上了一張對(duì)比圖。左邊呈現(xiàn)的是現(xiàn)代地球的大氣成分，右邊則是 TRAPPIST - 1 星系中七顆行星的數(shù)據(jù)。令人驚嘆的是，三條關(guān)鍵指標(biāo)曲線 —— 氧氣、甲烷和二氧化碳的含量曲線，幾乎完美重合。這一對(duì)比，就如同在遙遠(yuǎn)的宇宙深處，發(fā)現(xiàn)了與地球生命指紋高度相似的 “副本”。團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人形象地比喻道：“這就像在犯罪現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)兩組完全相同的指紋，只不過這次指紋的主人可能住在 40 光年外?！?/span>

韋伯望遠(yuǎn)鏡：開啟宇宙生命探索的新窗口

詹姆斯?韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，這一人類探索宇宙的超級(jí)利器，在此次重大發(fā)現(xiàn)中扮演了關(guān)鍵角色。作為迄今為止人類發(fā)射的最大、最復(fù)雜的太空望遠(yuǎn)鏡，韋伯望遠(yuǎn)鏡擁有直徑達(dá) 6.5 米的主鏡，由 18 個(gè)六邊形鏡片巧妙組合而成。這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)，使其能夠收集到更多的光線，從而捕捉到宇宙中那些極其微弱和遙遠(yuǎn)的天體信號(hào)。更為重要的是，韋伯望遠(yuǎn)鏡具備強(qiáng)大的紅外觀測(cè)能力，能夠探測(cè)到宇宙早期的星系和恒星形成區(qū)域，為科學(xué)家們研究宇宙演化提供了前所未有的視角。

在這次對(duì) TRAPPIST - 1 星系的觀測(cè)中，韋伯望遠(yuǎn)鏡的近紅外光譜儀 NIRSpec 發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。這一儀器能夠同時(shí)捕捉行星凌日時(shí)的上千條光譜線。行星凌日，是指當(dāng)行星從其母恒星前方經(jīng)過時(shí)，恒星的光線會(huì)穿過行星的大氣層，從而攜帶了行星大氣成分的信息。通過對(duì)這些光譜線的分析，科學(xué)家們就能夠解讀出行星大氣層中的化學(xué)組成。

值得一提的是，在觀測(cè)過程中還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的細(xì)節(jié)：七顆行星的大氣特征呈現(xiàn)出階梯式變化，最內(nèi)側(cè)行星的甲烷信號(hào)比最外側(cè)強(qiáng) 15 倍。這一現(xiàn)象或許暗示著某種規(guī)律性的代謝活動(dòng)，就像不同的生命活動(dòng)在這些行星上以不同的強(qiáng)度進(jìn)行著。如果這些行星上真的存在生命，那么這種差異可能與行星的環(huán)境條件、生命形式的多樣性以及演化歷程有關(guān)。

科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)：探索與質(zhì)疑并存

盡管這一發(fā)現(xiàn)為外星生命的存在提供了極具吸引力的證據(jù)，但科學(xué)家們依然保持著科學(xué)研究應(yīng)有的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度。他們深知，在確認(rèn)外星生命存在之前，需要排除所有可能的非生物因素。為此，研究團(tuán)隊(duì)列出了三個(gè)非生物可能性：首先，可能是未知的地質(zhì)活動(dòng)導(dǎo)致了這些氣體的異常組合。在地球上，地質(zhì)活動(dòng)如火山噴發(fā)等，能夠釋放出大量的氣體，但目前尚未有證據(jù)表明這些系外行星上存在類似的地質(zhì)活動(dòng)，且能產(chǎn)生如此特定比例的氣體組合；其次，大氣光化學(xué)反應(yīng)的特殊平衡也可能是原因之一。在某些特殊的光照和大氣條件下，光化學(xué)反應(yīng)可能會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的氣體產(chǎn)物，但通過現(xiàn)有模型計(jì)算，這種自然成因的概率極低，不到 0.3%；最后，也有可能是人類對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的解讀出現(xiàn)了偏差，畢竟宇宙中的物理和化學(xué)過程復(fù)雜多樣，我們的認(rèn)知還存在許多局限。

不過，這一發(fā)現(xiàn)的重要性和潛力依然不可忽視。接下來的兩年，歐洲超大望遠(yuǎn)鏡 ELT 將加入這場(chǎng)宇宙探索的盛宴。ELT 擁有先進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)，能夠區(qū)分行星大氣層的晝夜變化。如果在后續(xù)觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)氣體濃度隨行星自轉(zhuǎn)呈現(xiàn)周期性波動(dòng)，那么這將基本可以確定是生命代謝的呼吸節(jié)律。這一技術(shù)手段的加入，無疑為驗(yàn)證外星生命的存在提供了更有力的工具。

探索宇宙生命的漫漫征程

人類對(duì)宇宙生命的探索，由來已久。從早期通過光學(xué)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)星空，到現(xiàn)代利用各種先進(jìn)的射電望遠(yuǎn)鏡、太空探測(cè)器進(jìn)行深入探測(cè)，每一次技術(shù)的突破都讓我們離宇宙的真相更近一步。2023 年，美國(guó)宇航局的天文學(xué)家利用詹姆斯?韋伯太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)編號(hào)為 WASP - 80 b 的系外行星大氣后，發(fā)現(xiàn)其大氣中存在甲烷和水蒸氣 。同年，韋伯望遠(yuǎn)鏡在系外行星 K2 - 18 b 大氣層中發(fā)現(xiàn)了甲烷和二氧化碳等含碳分子，部分天文學(xué)家認(rèn)為氫氣海洋行星 K2 - 18 b 有可能尋找到系外行星存在生命的證據(jù)。這些發(fā)現(xiàn)，都不斷激發(fā)著人類對(duì)宇宙生命的無限遐想。

而此次在 TRAPPIST - 1 星系中的重大發(fā)現(xiàn)，更是將人類對(duì)宇宙生命的探索推向了一個(gè)新的高度。它不僅為我們提供了可能存在外星生命的具體目標(biāo)，也讓我們對(duì)宇宙生命的存在形式和演化過程有了新的思考。如果這些行星上真的存在生命，那么它們將是與地球生命完全獨(dú)立起源的生命形式，這將極大地豐富我們對(duì)生命本質(zhì)和宇宙演化的認(rèn)知。

在宇宙的浩瀚星空中，我們或許并不孤獨(dú)。TRAPPIST - 1 星系中七顆行星的神秘面紗，才剛剛被揭開一角。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們有理由相信，在未來的某一天，人類終將揭開外星生命的神秘面紗，實(shí)現(xiàn)與宇宙中其他生命形式的 “對(duì)話”。而這一發(fā)現(xiàn)，也將成為人類探索宇宙征程中的一座重要里程碑，激勵(lì)著一代又一代的科學(xué)家不斷追尋宇宙的奧秘。