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      尋找外星生命 瞄準這些信號就對了

      尋找外星生命 瞄準這些信號就對了

      李會超

      歐洲航天局近日公布的一項研究結果,推高了人們對火星生命的期待——雷達探測器發現火星內部存在液態地下水湖,這無疑為人們尋找火星生命增添了勝利的籌碼。

      雖然對火星寄予厚望,但人們尋找生命的目光不限于太陽系內。隨著天文學知識的不斷積累,人類已經認識到地球所圍繞的太陽不過是銀河系中一顆普通的恒星。根據目前的觀測,在銀河系中有數億顆恒星,而在整個宇宙中,共有200億—2000億個含有大量恒星的星系。在這樣浩瀚的星海中,地球是否是特殊且唯一的?生命是否有可能誕生在太陽系內或其他恒星周圍的行星上?為了解決這些問題,天文學家們開展了不少研究,并逐步發展出了一門名叫“天體生物學”的交叉學科。和那些希望通過不明飛行物(UFO)發現外星人的愛好者們相比,天體生物學家們尋找地外生物的主要手段是通過科學觀測和探測尋找生命活動的跡象,并由此推斷生命是否可能存在。

      有機物豐度:提示存在生命過程

      如果我們可以發射探測器到其他行星上,則可以在行星中搜尋與生命有關的物質,進而尋找生命曾經存在的痕跡。由于火星與地球的性質最為相近,對火星進行的著陸探測最多,科學家們已經陸續發現了一些與生命有關的物質。

      例如,對于地球上所有已知的生物,有機物是構成生命體的基本化學單元。如果火星上存在有機物,則意味著火星上可能存在適合生命產生的條件。今年5月,美國國家航空航天局(NASA)公布“好奇“號火星車在火星蓋爾撞擊坑中心的夏普山附近,發現了噻吩(CH4H4S)和二甲基硫醚(C2H6S)等有機物分子的存在,其豐度達到了10ppm(百分之一,相當于克/噸)。這樣的有機物豐度與30億年前地球上的有機物豐度基本相當,可能意味著當時火星和地球上正在發生一些相似的生物過程。此前,液態水存在的證據也曾在蓋爾撞擊坑附近被發現,因此本次有機物的發現增加了蓋爾撞擊坑曾是火星生命溫床的可能性。

      實際上,早在上世紀七十年代人類剛剛有能力對火星進行著陸探測時,NASA就利用兩艘在火星上著陸的“海盜”號探測器對火星的有機物進行了搜尋,卻一無所獲。后來,更加深入的分析發現有機物有可能在“海盜”號進行樣品分析的過程中被破壞。而在設計“好奇”號火星車的分析過程時,就設法避免了類似問題的出現。然而,單憑有機物本身并不能完全證實生命的存在,因為隕石和一些地質過程也可能產生有機物。

      生物化石:勁爆但不夠有力的證據

      在自然博物館中,我們可以看到恐龍、三葉蟲等史前動物的化石。通過化石的形狀,我們可以辨認出這是一種動物而非其他自然現象形成的物質。

      1984年,一支美國的隕石搜尋隊在南極洲發現一塊磁體礦隕石,并將其編號為ALH84001。1996年,NASA的科學家在使用掃描電子顯微鏡對這塊隕石進行分析后,驚奇地發現隕石中的一個結構體與細菌的結構十分相似。這些科學家認為他們發現了來自火星的細菌生物化石,并將結論發表在了《科學》雜志上。由于這一發現的內容十分直觀,題材又相當“勁爆”,因而迅速被大眾媒體大規模報道,將其視作地球以外存在生命的第一個確鑿證據。時任美國總統比爾·克林頓還親自在電視講話中宣布了這一發現。

      然而,在有些科學家看來,這一發現還并不能完全證明火星存在生命。首先,形似細菌的結構體直徑僅有20—100納米,比目前所有已知的細菌體直徑都要小。此外,有科學家在實驗室中通過非生物過程得到了與隕石中結構體形態類似的結構。目前,科學界的共識是證實生命的存在不能單憑ALH84001中這樣具備生物形態特征的結構,還需要其他的分析和證據支撐。

      大氣成分:目前唯一可觀測特征

      生命活動會改變行星大氣的成分特征。在距今24億多年以前,地球大氣中僅含有微量的氧氣。之后,由于生物的光合作用,地球大氣中的氧氣含量開始不斷增加,最終達到了今天的水平。如果在其他行星的大氣中發現了氧氣,則可以推測這個行星中存在生命。一些細菌可能在代謝過程中釋放甲烷,因此大氣中的甲烷也可以作為生命存在的特征。如果某顆行星上甲烷的含量存在季節性的變化,則這顆行星上存在生命的可能性將會更高。此外,植物燃燒產生的一氯甲烷、植物腐敗過程中產生的一氧化二氮,也可以作為生命存在的大氣特征。

      2003年,火星快車探測器首次發現了甲烷在火星全球的廣泛分布。據計算,火星上每年必須通過某些過程產生270噸的甲烷,才能維持火星大氣中的甲烷濃度,而火星上現在或曾經存在的微生物則被認為是甲烷的可能來源之一。今年5月,NASA宣布“好奇”號在火星上發現了甲烷含量隨季節的變化,為火星存在產甲烷微生物的假說增加了證據。

      大氣特征可以通過各種望遠鏡的觀測和光譜分析得到。當恒星的光線通過行星的大氣層透射或反射后,其光譜特征會因為行星大氣的成分而發生變化,通過變化情況與標準光譜特征數據庫的對比,科學家們就能了解行星大氣中的成分。由于我們尚沒有能力向太陽系外的行星發射探測器,大氣特征是目前唯一一種可以推測系外行星是否存在生命的生物特征。一拖再拖的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡和美國、歐洲正在智利建設的巨型麥哲倫望遠鏡、歐洲極大望遠鏡,均具備觀測系外行星大氣光譜特征的能力。預計在2030年左右,對首批潛在的宜居行星的大氣特征觀測將開始。

      和其他的生物特征一樣,大氣特征本身也不足以完全證實生命的存在,因為非生物過程可能同樣能產生類似的大氣成分變化。因此,科學家們在研究過程中需要綜合多種特征,進行深入分析,排除所有其他的可能性后,才能最終篤定地宣布某顆行星上一定存在生命。(作者系哈爾濱工業大學深圳校區博士后)

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