【要闻】寻找外星生命 瞄准这些信号就对了

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寻找外星生命体瞄准这些信号就行了

李会超

欧洲航天局最近发表的研究结果提高了人们对火星生命的期待——雷达探测器发现火星内部存在液体地下水湖，无疑为寻找火星生命增加了胜利的芯片。

虽然对火星寄予很大的期待，但是人们追求生命的眼球不仅限于太阳系内。 随着天文学知识的积累，人类认识到被地球包围的太阳只是银河系中的普通恒星。 根据现在的观测，银河系中有数亿颗恒星，整个宇宙中有包含200亿到2000亿颗恒星的银河。 在这样广阔的星海中，地球是特殊的唯一的吗？ 生命有可能出生在太阳系内或其他恒星周围的行星上吗？ 为了处理这些问题，天文学家们开展了很多研究，逐渐迅速发展了“天体生物学”这个交叉学科。 与想用未知飞行物体( ufo )发现外星人的粉丝们相比，天体生物学家们寻找外星生物的主要手段是通过科学观测和探测寻找生命活动的迹象，推测生命是否有可能存在。

有机物丰度:暗示生命过程的存在

如果我们能把探测器发射到其他行星上，就可以在行星上寻找生命相关的物质，寻找生命存在的痕迹。 由于火星和地球的性质最近，登陆火星的探测最多，科学家们相继发现了与生命有关的物质。

例如，对地球上所有已知的生物来说，有机物是构成生命体的基本化学单位。 如果火星上存在有机物，就意味着火星上可能存在适合生命发生的条件。 今年5月，美国国家航空航天局( nasa )发表了“好奇心”。 在火星盖尔撞击坑中心的夏普山附近，发现了噻吩( ch4h4s )和二甲基硫醚( c2h6s )等有机物分子的存在，其丰度达到了10 PPM (相当于百分之一，克/吨)。 这种有机物的丰度与30亿年前地球上有机物的丰度大致相等，可能意味着当时火星和地球上发生了一些相似的生物过程。 至今为止存在液态水的证据也在盖尔撞击坑附近发现，这次有机物的发现增加了盖尔撞击坑是火星生命温床的可能性。

事实上，在20世纪70年代人类刚具备着陆探测火星的能力时，nasa使用两艘着陆在火星上的海盗号探测器探索火星有机物，但一无所获。 后来进一步深入分解发现有机物在“海盗”号的样品分解过程中有可能被破坏。 在设计“好奇心”号火星车的解体过程时，为了不发生同样的问题而下了功夫。 但是，仅靠有机物不能完全证明生命的存在。 因为陨石和地质学过程中可能会产生有机物。

生物化石:强壮但不够有力的证据

在自然博物馆可以看到恐龙和三叶虫等史前动物的化石。 从化石的形状可以看出是动物形成的物质而不是其他自然现象。

1984年，一个美国陨石搜索队在南极发现了磁铁矿陨石，并编号为alh84001。 1996年，nasa科学家用扫描电子显微镜分解这块陨石后，令人吃惊的是发现陨石中的结构体之一与细菌结构非常相似。 这些科学家认为发现了来自火星的细菌生物化石，并在科学杂志上发表了结论。 这个发现的复印件非常直观，主题素材相当“震撼”，因此迅速大规模地被大众媒体报道，被认为是地球以外存在生命的第一个确凿证据。 当时的美国总统比尔克林顿亲自在电视上发表了这个发现。

但是，一些科学家认为，这一发现并不完全说明火星上存在生命。 首先，像细菌一样的结构体的直径是20—100纳米，比现在已知的所有细菌体的直径都小。 另外，实验室中也有科学家通过非生物过程得到了与陨石中结构体的形态类似的结构。 目前科学界的共识证明生命的存在不仅需要像alh84001那样具有生物形态特征的结构，还需要其他分析和证据支持。

大气成分:目前唯一可观测的特征

生命活动改变行星大气的成分特征。 距今24亿多年前，地球的大气中只含有微量的氧气。 之后，由于生物的光合作用，地球大气中的氧量开始增加，最终达到了今天的水平。 如果在其他行星的大气中发现氧气，可以推测这个行星上存在生命。 微小的细菌在代谢过程中可能释放甲烷。 因为这种大气中的甲烷也是生命的特征。 如果某个行星上甲烷的含量有季节性变化，该行星上存在生命的可能性就会变高。 另外，植物燃烧产生的二氯甲烷、植物腐败过程中产生的一氧化氮也可以作为生命存在的大气特征。

2003年，火星快车探测器首次发现甲烷广泛分布在火星世界。 为了维持火星大气中的甲烷浓度，火星每年在某些过程中必须产生270吨甲烷，火星上现在或曾经存在的微生物被认为是甲烷的可能来源之一。 今年5月，nasa宣布，“好奇心”号在火星上发现甲烷含量随季节的变化，在火星上存在生产甲烷的微生物的假设中追加了证据。

大气的特征可以通过各种望远镜的观测和光谱分解来得到。 恒星的光透过或反射行星的大气时，其光谱特性根据行星大气的成分而变化，通过变化状况和标准光谱特性数据库的对应，科学家们可以知道行星大气中的成分。 由于没有向太阳系外的行星发射探测器的能力，大气的特征现在是能够推测系外行星上是否存在生命的唯一生物特征。 拖曳詹姆斯韦伯宇宙望远镜、在美国、欧洲智利建设中的巨大麦哲伦望远镜、欧洲的极大望远镜具备观测系外行星大气光谱特征的能力。 预计2030年左右，第一颗潜在可居住行星的大气特征观测将开始。

和其他生物特征一样，大气特征本身也不足以完全证明生命的存在。 因为非生物过程也有可能带来同样的大气成分变化。 因此，科学家们需要在研究过程中整合许多特征，深入分解，排除所有其他可能性，然后最终坚定地宣布某个行星上存在生命。

(作者在哈尔滨工业大学深圳校区博士课程后)