外星世界不尋常的毒氣點(diǎn)燃了生命的希望和健康的懷疑

一個(gè)天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)于 2025 年 4 月 16 日宣布，在研究另一顆恒星周圍的行星的過程中，他們找到了證據(jù)對于意想不到的大氣氣體。在地球上，這種稱為二甲基硫醚的氣體主要由生物體產(chǎn)生。

2024 年 4 月，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡盯著主持人星星行星 K2-18b將近六個(gè)小時(shí)。

在那段時(shí)間里，這顆繞軌道運(yùn)行的行星從這顆恒星前面經(jīng)過。星光穿過大氣層，攜帶著大氣分子的指紋前往望遠(yuǎn)鏡.

通過將這些指紋與他們可能期望在大氣中觀察到的 20 種不同的分子進(jìn)行比較，天文學(xué)家得出結(jié)論，最可能的匹配是一種氣體，這種氣體在地球上是生命的良好指標(biāo)。

我是一名天文學(xué)家和天體生物學(xué)家他研究其他恒星周圍的行星及其大氣層。在我的工作中，我試圖了解附近的哪些行星可能適合生命。

K2-18b，一個(gè)神秘的世界

要理解這一發(fā)現(xiàn)意味著什么，讓我們從它被發(fā)現(xiàn)的奇異世界開始。這顆行星的名字是 K2-18b，這意味著它是擴(kuò)展行星系統(tǒng)第 18 顆行星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的第一顆行星NASA 開普勒任務(wù)，K2。天文學(xué)家將 “b” 標(biāo)簽分配給系統(tǒng)中的第一顆行星，而不是 “a”，以避免與恒星混淆。

K2-18b 距離地球 120 光年多一點(diǎn)——在銀河系的尺度上，這個(gè)世界實(shí)際上就在我們的后院。

盡管天文學(xué)家對 K2-18b 知之甚少，但我們確實(shí)知道它與地球非常不同。首先，它是關(guān)于質(zhì)量是地球的八倍，它的體積大約大 18 倍。這意味著它的密度只有地球的一半左右。換句話說，它必須有很多水，不是很稠密，或者非常大的大氣，甚至密度更低。

天文學(xué)家認(rèn)為，這個(gè)世界可能是我們太陽系的冰巨星海王星的縮小版本，稱為迷你海王星，或者可能是一顆沒有水但有巨大氫大氣層的巖石行星，稱為氣矮星.

另一個(gè)選項(xiàng)，如劍橋大學(xué)天文學(xué)家 Nikku Madhusudhan最近提出的是，這顆行星是 ”海西安世界."

這個(gè)詞的意思是海洋上的氫，因?yàn)樘煳膶W(xué)家預(yù)測，Hycean 世界是全球海洋比地球海洋深很多倍的行星，而且沒有任何大陸。這些海洋被數(shù)千英里高的巨大氫大氣層覆蓋。

天文學(xué)家還不能確定 hycean 世界是否存在，但這些世界的模型與 JWST 和其他望遠(yuǎn)鏡在 K2-18b 上收集的有限數(shù)據(jù)相匹配。

這就是故事變得令人興奮的地方。迷你海王星和氣矮星不太可能適合生命生存，因?yàn)樗鼈兛赡軟]有液態(tài)水，而它們的內(nèi)表面有巨大的壓力.

但是 hycean 行星將擁有廣闊的溫帶海洋。海洋Hycean 世界是宜居的——甚至有人居??？

檢測 DMS

2023 年，Madhusudhan 和他的同事使用了詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的短波長紅外相機(jī)首次檢查過濾穿過 K2-18b 大氣層的星光。

他們找到了存在兩個(gè)簡單的含碳分子——一氧化碳和甲烷——并表明這顆行星的上層大氣缺乏水蒸氣。這種大氣成分支持但沒有證明 K2-18b 可能是一個(gè) hycean 世界的想法。

在 hycean 的世界里，水將是被困在更深更溫暖的大氣層中，比 JWST 觀測探測的高層大氣更靠近海洋。

有趣的是，數(shù)據(jù)還顯示了一個(gè)額外的非常微弱的信號(hào)。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)微弱的信號(hào)與一種名為二甲基硫醚或 DMS 的 DMS 中。在地球上，DMS 是在海藻大量.它幾乎沒有非生物來源。

這個(gè)信號(hào)使最初的探測變得令人興奮：在一個(gè)可能擁有巨大海洋的星球上，地球上很可能有一種氣體是由生物有機(jī)體排放的。

科學(xué)家們有一個(gè)混合反應(yīng)到這個(gè)初步公告。雖然這些發(fā)現(xiàn)令人興奮，但一些天文學(xué)家指出，看到的 DMS 信號(hào)很弱，并且 K2-18b 的 hycean 性質(zhì)非常不確定。

為了解決這些問題，Mashusudhan 的團(tuán)隊(duì)將 JWST返回 K2-18b一年后。這一次，他們用了另一臺(tái)相機(jī)在 JWST 上，尋找另一個(gè)波長范圍的光。新結(jié)果– 于 2025 年 4 月 16 日宣布 – 支持他們的初步調(diào)查結(jié)果。

這些新數(shù)據(jù)顯示了該團(tuán)隊(duì)歸因于 DMS 或非常相似的分子的更強(qiáng)但仍然相對較弱的信號(hào)。在另一組觀測期間，DMS 信號(hào)出現(xiàn)在另一臺(tái)相機(jī)上，這一事實(shí)使大氣中 DMS 的解釋更加強(qiáng)大。

Madhusudhan 的團(tuán)隊(duì)還展示了對數(shù)據(jù)和解釋中的不確定性進(jìn)行了非常詳細(xì)的分析。在實(shí)際測量中，總是存在一些不確定性。

他們發(fā)現(xiàn)這些不確定性不太可能解釋數(shù)據(jù)中的信號(hào)，進(jìn)一步支持 DMS 的解釋。作為一名天文學(xué)家，我發(fā)現(xiàn)這種分析令人興奮。

外面有生命嗎？

這是否意味著科學(xué)家在另一個(gè)世界發(fā)現(xiàn)了生命？也許吧——但我們?nèi)匀徊荒艽_定。

首先，K2-18b 在其厚厚的大氣層下真的有一片深海嗎？天文學(xué)家應(yīng)該對此進(jìn)行測試。

其次，在相隔兩年的兩臺(tái)相機(jī)中看到的信號(hào)真的是二甲基硫醚嗎？科學(xué)家們需要更靈敏的測量和對火星大氣層的更多觀測才能確定。

第三，如果確實(shí)是 DMS，這是否意味著有生命？這可能是最難回答的問題。生命本身是無法用現(xiàn)有技術(shù)檢測到的。天文學(xué)家需要評估并排除所有其他可能的選擇，以建立他們對這種可能性的信心。

新的測量結(jié)果可能會(huì)引導(dǎo)研究人員取得歷史性的發(fā)現(xiàn)。然而，重要的不確定性仍然存在。天體生物學(xué)家需要對 K2-18b 和類似世界有更深入的了解，然后才能對 DMS 的存在及其作為生命特征的解釋充滿信心。

世界各地的科學(xué)家都在已經(jīng)在仔細(xì)審查已發(fā)表的研究并將對研究結(jié)果進(jìn)行新的測試，因?yàn)楠?dú)立驗(yàn)證是科學(xué)的核心。

展望未來，K2-18b 將成為世界上最靈敏的望遠(yuǎn)鏡 JWST 的重要目標(biāo)。JWST 可能很快就會(huì)觀測其他潛在的 hycean 世界，看看信號(hào)是否也出現(xiàn)在這些行星的大氣中。

有了更多的數(shù)據(jù)，這些初步結(jié)論可能經(jīng)不起時(shí)間的考驗(yàn)。但就目前而言，天文學(xué)家可能已經(jīng)探測到在黑暗、藍(lán)色調(diào)的外星海洋中冒泡的外星生態(tài)系統(tǒng)所釋放的氣體的可能性就令人難以置信。

無論 K2-18b 的真實(shí)性質(zhì)如何，新結(jié)果都顯示了使用 JWST調(diào)查其他世界尋找外星生命的線索將保證未來幾年對天體生物學(xué)家來說將是激動(dòng)人心的。

丹尼爾·阿派， 研究副院長兼天文學(xué)和行星科學(xué)教授，亞利桑那大學(xué)

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