天文學(xué)家們?cè)谔栂低庑行堑拇髿馑褜?，希望找到一些可能是生命產(chǎn)生的氣體。但根據(jù)美國(guó)航空航天局（NASA）天體生物學(xué)研究所虛擬行星實(shí)驗(yàn)室的大量模擬顯示，人們不應(yīng)只探測(cè)一種氣體，如氧氣、臭氧或甲烷，因?yàn)樵谀承┣闆r下，非生命過程也會(huì)產(chǎn)生這些氣體。研究小組認(rèn)為，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)有助于鑒別來自外星的“疑似”生命信號(hào)，設(shè)計(jì)更加符合需要的太空望遠(yuǎn)鏡。相關(guān)論文發(fā)表在近期的《天體物理學(xué)雜志》上。

　　在過去4年多里，NASA研究人員數(shù)千次地模擬了沒有生命的外星大氣的化學(xué)成分，改變大氣成分和恒星類型。“在運(yùn)行模擬計(jì)算時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)在某些情況下，大氣中形成了明顯的臭氧，雖然沒有任何氧氣進(jìn)入大氣層?！闭撐牡谝蛔髡?、NASA戈達(dá)德太空飛行中心的肖恩·多瑪戈-古德曼說，“這對(duì)我們尋找地外生命的未來計(jì)劃有著重要意義?！?/p>

　　生命的特征信號(hào)

　　在地球上，甲烷可以由生物產(chǎn)生，但也可以無機(jī)合成，如海底火山通過巖石與海水作用，會(huì)釋放大量甲烷。臭氧被認(rèn)為是更有力的生命特征標(biāo)志，由陽光或其他光照射產(chǎn)生氧原子，再與氧分子結(jié)合形成。地球氧分子的主要來源是生命，由植物、微生物和單細(xì)胞生物光合作用產(chǎn)生。

　　但新研究表明，無論是氧分子還是臭氧都可以不經(jīng)生命過程，通過紫外線分解二氧化碳而產(chǎn)生。這種非生物過程也能產(chǎn)生足夠的臭氧，并能在大氣中探測(cè)出來，所以單獨(dú)探測(cè)到臭氧，未必就是生命的信號(hào)。

　　“然而另一方面爭(zhēng)論變得更加激烈，即同時(shí)探測(cè)到甲烷和氧氣，或甲烷和臭氧在一起，是否是有力的生命特征信號(hào)？”多瑪戈-古德曼說?！耙斐鲞@種生命‘假信號(hào)’真的、真的很難，我們發(fā)現(xiàn)的只有單獨(dú)的氧氣（臭氧）或甲烷?！?/p>

　　研究人員認(rèn)為，甲烷和氧分子同時(shí)存在是生物活動(dòng)的可靠信號(hào)，因?yàn)榧淄樵谝粋€(gè)有含氧分子的大氣中無法長(zhǎng)久存在。多瑪戈-古德曼說：“這就像學(xué)生和披薩餅，如果你在一個(gè)屋子里同時(shí)看到披薩餅和幾個(gè)學(xué)生，披薩餅很可能是剛送來的，否則學(xué)生們會(huì)很快吃掉它。甲烷和氧氣也是這樣，如果它們同時(shí)出現(xiàn)在大氣里，甲烷很可能是最近才產(chǎn)生的，因?yàn)檠鯕鈺?huì)消耗甲烷。由此你知道甲烷有個(gè)補(bǔ)給源，在有氧氣的情況下，最好的補(bǔ)給源就是生命。反過來也一樣，在一個(gè)含有甲烷的大氣中，要想保持其中還有氧氣，就必須補(bǔ)給氧氣，最好的方式也是生命。”

　　模擬的指導(dǎo)原則

　　研究人員用計(jì)算機(jī)模擬了太陽系外行星的大氣化學(xué)成分，并開發(fā)出一種程序能自動(dòng)進(jìn)行數(shù)千次的計(jì)算推演，以便看到更廣泛的大氣成為和恒星類型。

　　做這些模擬首先要確保反應(yīng)能夠平衡：放入大氣的氧分子要能通過反應(yīng)從大氣中除去。如氧和鐵在行星表面反應(yīng)生成氧化鐵，這是大部分紅色巖石的成因，也是火星塵呈現(xiàn)紅色的原因。計(jì)算顯示，一個(gè)平衡的大氣非常重要，因?yàn)檫@種平衡才能使大氣歷經(jīng)地質(zhì)時(shí)期而長(zhǎng)久存在。由于行星壽命以十億年計(jì)，當(dāng)一顆行星處在只有幾千或幾百萬年的氧氣或甲烷浪潮中時(shí)，被天文學(xué)家碰巧看到的可能性幾乎為零。

　　計(jì)算還要適合多種情況。因?yàn)闊o論在行星大氣中還是在行星之間，非生物過程也能產(chǎn)生氧氣。大氣中如果有許多能消耗氧氣的氣體，如甲烷或氫氣，產(chǎn)生的任何氧氣或臭氧都會(huì)被破壞；如果耗氧氣體正在變少，氧氣和臭氧可能會(huì)存在一段時(shí)間。

　　此外，氧氣、臭氧和甲烷的產(chǎn)生和破壞，由光化學(xué)反應(yīng)來驅(qū)動(dòng)，所以恒星的類型也是需要重點(diǎn)考慮的。不同類型的恒星發(fā)出的大部分光有特定顏色。如大質(zhì)量熱恒星或頻繁爆發(fā)的恒星會(huì)產(chǎn)生更多紫外光?！叭绻髿庵杏懈嘧贤夤?，就會(huì)更有效地驅(qū)動(dòng)這些光化學(xué)反應(yīng)，”多瑪戈-古德曼說?！案嗵厥獾?，不同波長(zhǎng)的紫外光會(huì)以不同方式影響著氧氣和臭氧的形成與破壞?！碑?dāng)這些光穿過系外行星大氣層時(shí)，一些光會(huì)被大氣分子吸收，不同分子吸收不同顏色的光，天文學(xué)家通過這些吸收光譜發(fā)現(xiàn)獨(dú)特的特征譜線，就能確定大氣中分子的種類和數(shù)量。

　　先破而后立

　　“確定生命特征標(biāo)志的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是，區(qū)分哪些是生命產(chǎn)物，哪些是地質(zhì)過程或大氣化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物。為此，我們需要理解的不僅是生命怎樣改變了一顆行星，還有行星怎樣演化及其主恒星的特征?！闭撐暮现摺⒛鞲鐕?guó)立自治大學(xué)的安蒂格娜·塞古拉說。

　　“我們不能只尋找單獨(dú)的氧氣、臭氧或甲烷，”多瑪戈-古德曼說?！盀榱俗C明是生命正在產(chǎn)生氧氣或臭氧，需要擴(kuò)展波長(zhǎng)范圍，涵蓋甲烷吸收譜線。理想情況下，最好還檢測(cè)其他氣體，如二氧化碳、一氧化碳。所以我們正在謹(jǐn)慎考慮哪些問題會(huì)絆倒我們，通過識(shí)別假信號(hào)，我們能找到好的方法來避免這些錯(cuò)誤。我們現(xiàn)在知道了需要做哪些檢測(cè)，下一步就是解決需要建立什么，怎樣建立的問題?！?/p>

　　上圖 左：行星大氣中的臭氧分子可以作為生物活動(dòng)的指標(biāo)，但只有臭氧、二氧化碳和一氧化碳，而沒有甲烷，就可能是假信號(hào)。

　　下圖：同時(shí)有臭氧、氧氣、二氧化碳和甲烷，而沒有一氧化碳，可能是真信號(hào)。