我們很可能是通過分析大氣層中的氣體，實現(xiàn)首次發(fā)現(xiàn)另一顆恒星（系外行星）的軌道上運行的行星上存在生命的證據(jù)。隨著已知類地行星數(shù)量的增加，我們很快就可以在系外行星的大氣層中發(fā)現(xiàn)與地球生命相關的氣體。
但要是外星生命的物質(zhì)組成和化學性質(zhì)與我們不同呢？在《自然天文學》雜志發(fā)表的一篇新研究表明，我們利用大氣層尋找生命證據(jù)的最佳機會是擴大我們的搜索范圍，從關注像地球這樣的行星到包括關注擁有氫氣大氣層的行星。
當系外行星運行經(jīng)過它的恒星前面時，我們可以探測到它的大氣層。當這種過境發(fā)生時，恒星的發(fā)出的光必須穿過行星的大氣層才能到達我們，其中一些光線在穿行的過程中被吸收。觀察恒星的光譜——根據(jù)其波長可以看到它的光被分解了——并找出由于過境而缺少的光線，就可以發(fā)現(xiàn)大氣中包含哪些氣體。記錄系外行星大氣層是被延遲發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的目標之一。
如果我們發(fā)現(xiàn)一個擁有與期望的不同的化學組成的大氣層，最簡單的解釋之一會是：因為存在生命進程，才能保持這種大氣結(jié)構(gòu)。地球就是這樣的情況。我們星球的大氣層含有甲烷（CH?），甲烷與氧氣會自然反應產(chǎn)生二氧化碳，但生物作用使得大氣中仍然充滿甲烷
另一種看待這個問題的方法是，在大約24億年前開始的所謂大氧化事件中，如果氧氣沒有通過微生物光合作用從二氧化碳中釋放出來，氧氣根本就不會存在。
《看向氧氣大氣層之外》——這項新研究的作者們認為，我們應該開始研究比地球大、大氣層以氫為主的世界。這些世界可能沒有自由氧，因為氫和氧是高度易燃的混合物。
1937年，充滿氫氣的興登堡號飛艇被大火焚毀。這種火災不可能發(fā)生在一個擁有無氧的氫氣大氣層的世界上。默里·貝克爾/聯(lián)合出版社
氫氣是所有分子中最輕的，很容易逃逸到太空中。一個巖石行星想要有足夠強的引力來維持一個氫氣大氣層，它需要變成一個質(zhì)量在地球兩到十倍之間的'超級地球'。氫氣可以直接從行星生長的氣體云中捕獲，或者通過鐵和水之間的化學反應釋放出來。
以氫氣為主的大氣層密度下降的速度比地球等以氮氣為主的大氣層要低14倍。這使得圍繞這顆行星的大氣層的包圍量增加14倍，使得我們很容易在光譜數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)這顆行星。更大的尺寸使我們更容易通過光學望遠鏡直接成像來觀測這種大氣層。
氫氣-呼吸實驗室實驗——作者們在實驗室進行了實驗，證明大腸桿菌（數(shù)十億大腸桿菌生活在你的腸道中）在完全沒有氧氣的情況下，可以在氫氣環(huán)境下生存和繁殖。他們在各種酵母實驗中也得到同樣的結(jié)果。
雖然這很有趣，但它并沒為生命可以在氫大氣下蓬勃發(fā)展的論點增添多少說服力。我們已經(jīng)知道地殼中許多微生物通過代謝氫生存的，甚至有一種多細胞有機體，它一生都在地中海海底的無氧區(qū)度過。
Spinoloricus（沒有中文學術(shù)名，我覺得可以不翻譯），一種微小的多細胞有機體，顯然不需要氧氣來生存。比例尺為 50 微米。羅伯托·達諾瓦羅、安東尼奧·戴爾安諾、安東尼奧·普斯塞杜、克里斯蒂娜·甘比、伊本·海納和賴因哈特·莫比耶格·克里斯滕森
地球大氣層最初沒有氧氣，也不可能曾有過超過1%比例的氫氣。但是，早期生命可能不得不通過碳與氫氣的化學反應來合成甲烷，而不是像人類那樣用碳與氧氣的反應來形成二氧化碳。
生物標志氣體——這項研究確實得出了一個重要的發(fā)現(xiàn)。研究人員證明，在氫氣下生活的大腸桿菌中產(chǎn)生的數(shù)十種氣體存在'驚人的多樣性'。在氫氣大氣層中，許多氣體，如二甲基硫化物、硫化碳和異丙烯，可以探測到'生物特征'。這提高了我們在系外行星上識別生命體征的機會——你必須知道該尋找什么。
也就是說，使用氫氣的代謝過程不如使用氧氣的過程有效。然而，對天體生物學家而言，呼吸氫氣的生命早已是一個既定的概念。在一些理性的科幻小說中甚至出現(xiàn)有感情的呼吸氫氣的生命，如大衛(wèi)·布林的小說《Uplift》中。
新研究的作者們還指出，足夠濃度的分子氫可以作為一種溫室氣體。這樣，行星表面足夠溫暖而形成液態(tài)水，從而產(chǎn)生行星表面生命，對于遠離恒星的行星就不是這樣的情況了。
作者不愿考慮在木星等巨型氣體行星中尋找生命的機會。即便如此，通過擴大可居住的世界的樣本池，將擁有豐富氫氣的大氣層的超級地球也納入其中，有可能將我們可以探測的天體數(shù)量增加一倍，以找到第一個難以捉摸的外星生命的跡象。
作者:David Rothery
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