怎样科学地寻找地外生命？

原文以Exoplanet hunters rethink search for alien life为标题

发布在2017年11月20日的《自然》新闻上

原文作者：Alexandra Witze

天文学家从化学和地质学角度重新思考外星生命存在的机率。

亚利桑那州立大学天体物理学家Steve Desch可以预见外星生命研究的未来，然而它并不美好。他说，想象天文学家使用NASA即将发射升空的詹姆斯·韦伯空间望远镜观察一个地球质量星球的大气层，寻找外星生命迹象。再想象他们苦苦追寻大气氧痕迹多年，最终却发现那些不过是由地质活动产生的假阳性，和生命体并无关系。

系外行星Ross 128b绕一颗低温矮星运行，它的表面可能存在液态水。

M. Kornmesser/ESO

2017年11月13日-17日，Desch与其他一些行星猎人相聚美国怀俄明州拉勒米市，共同商讨更好的搜寻地外生命的方式。宜居性的标准定义——星球表面存在液态水，也开始引发一些争议。许多人认为不应该以此指导外星生命的搜寻，而应该将重点放在发现外星生命的机率——如有外星生命存在的话。

Desch告诉与会人员：“一些星球可能宜居，但是没有生命。”

其实，充满水的世界或许是最不可能出现生命的地方。根据会上展示的一项研究，被海洋覆盖的星球可能缺少磷——地球生命赖以生存的一种营养素。其它研究则认为被深水覆盖的星球在地质上看是无生气的，缺乏像地球那样孕育生命的行星过程。

“宜居性不止关于找到外星生命呼吸的标志，”日本宇宙航空研究开发机构空间与航空科学研究所的天文学家、系外行星研究员Elizabeth Tasker说，“它还关于行星的地质和化学条件如何相互作用形成有利或不利的环境，这导致地外生命的搜索工作变得更加复杂。”

海陆并存

天文学家已经编录了成千上万的系外行星，其中可能宜居的有十几个。11月15日最新公布的Ross 128b距离地球仅3.4秒差距（11光年）。它符合科学家已经搜索了几十年的目标：一颗地球大小的行星，绕邻近恒星运行，很可能因轨道距离适中而表面存在液态水。

大部分的这类行星都因为某些原因而无法真正成为另一颗地球。以Ross 128b为例，它的主星是温度较低的矮星，而不是太阳那样的高温恒星。但是Tasker认为科学家用以衡量一颗星球是否宜居的常规指标，比如它相对于其恒星的位置以及它与地球的相似度，存在误导。

为了合理分配宝贵的观测时间，一些科学家建议把目标锁定为像地球一样海陆并存的行星。因为如果一颗行星的表面除了水而别无他物，那么它可能不具有可以支撑生命的关键营养素形式——如果外星生命基于和地球生命一样的化学原理。

亚利桑那州立大学的微生物生态学家Tessa Fisher说：“我们有一种根深蒂固的观念，即如果有海洋，那么就存在生命。”但是她的最新研究成果不支持这种观点。Fisher及同事研究了如果一颗“水行星”表面几乎全部或完全被水覆盖，且水量达到地球海洋水量的5倍，结果会怎么样。他们在会上对此做了研究报告。

在地球上，雨水敲打岩石，将磷和其它营养素冲刷进海洋。但是在没有裸露陆地的水行星上，磷无法进入水中。这样就没有海洋生物体（如浮游生物）产生行星大气层中的氧气——使这类行星难以存在生命。

SOURCE:C. V. Morley et al.Preprint at https://arxiv.org/abs/1708.04239 (2017)

汪洋一片

亚利桑那州立大学的地质学家Cayman Unterborn分析了50倍地球海洋水量对于一颗行星的整体影响，他认为这会造成另一种麻烦。所有这些水的重量会对海床产生巨大压力，导致行星内部完全无法融化。

而行星至少需要一些内部融化才能维持地质活动，如板块构造，为生命提供合适的地球化学环境。Unterborn认为在这种情况下，“太多的水也不是好事。”

形成富水星球不难。Tasker认为许多行星可能在远离母星的低温情况下形成：由岩石碎片和冰块聚集产生。如果这种行星后来迁移到距离母星更近的位置，则冰块融化，表面成为一片汪洋。距离地球12.6秒差距（41光年）的红矮星TRAPPIST-1周围有7颗类地行星，据信其中几颗表面存在大量的水。

Tasker认为天文学家不要本能地研究这类水世界，而应该更加深入地思考它们如何随着时间推移发生演变。她说：“我们需要谨慎地选择要研究的行星。”

詹姆斯·韦伯空间望远镜将于2019年发射升空，届时它的主要任务将是研究潜在类地行星。研究人员已经开始分析系外行星大气层中的氧、甲烷或其它“生物特征”气体在该望远镜视角下可能呈现何种形态。

在拉勒米会议的最后，与会人员投票表决科学家是否能在2040年之前在某颗系外行星上找到生命存在的证据。结果并不乐观：47票否定，29票肯定。不过，更多人投票相信我们能在21世纪50年代或60年代发现外星生命。

在那之前，我们应有足够的时间来讨论确定哪些星球是最好的搜寻目标。ⓝ

Nature|doi:10.1038/nature.2017.23023

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