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在遥远的星球上,如何寻找生命迹象?什么时候能找到外星生命
发布时间:2021-11-25     作者:   来源:科普中国   分享到:

宇宙中其他星球是否有生命,是人类几千年来一直在思考的问题;在过去的几十年里,人类在寻找太阳系以外生命迹象方面取得了长足的进步。像美国宇航局(NASA)开普勒太空望远镜这样的任务,已经帮助我们记录了数以千计的系外行星(围绕其他恒星运行的行星)。美国宇航局目前的任务,如凌日系外行星调查卫星苔丝号(TESS),预计将极大地增加目前已知的系外行星数量。

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预计将有数十颗地球大小的岩石行星,在其恒星的宜居带内运行,在遥远的地方,水可能以液体的形式存在于表面,而这些都是寻找生命的好去处。这将通过即将发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜等任务来实现,该望远镜将通过在红外波长进行观测来补充和扩展哈勃太空望远镜的发现,预计将于2021年发射,并将能让科学家确定岩石系外行星的大气中是否有氧气,地球大气中的氧气是微生物和植物进行光合作用的结果。

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就系外行星与地球相似的程度而言,它们大气中的氧气也可能是生命的迹象。不过,并不是所有的系外行星都与地球相似,有些会是,但另一些会与地球有很大的不同,以至于氧气不一定来自生命。那么,有了所有这些现在和未来要研究的系外行星,科学家们如何将研究范围缩小到氧气最能代表生命的那些行星呢?为了回答这个问题,由亚利桑那州立大学(ASU)领导的一个跨学科研究小组,研究了一个名为“可探测性指数”的框架。

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图示:左边产氧生物圈(光合作用/呼吸作用)由陆地的养分径流提供。右边,如果你在地球上增加足够的水来覆盖所有的土地,那么营养径流就会停止,这极大地减少了生物圈能产生的氧气量。

这个框架工具可能有助于确定需要额外研究的系外行星优先顺序,其研究成果发表在《天体物理学》期刊上。亚利桑那州立大学分子科学学院的主要作者唐纳德·格拉泽说:该指数的目标是为科学家提供一种工具,以选择最好的观测目标,并最大限度地增加探测生命的机会。对于像地球这样的行星来说,氧气探测指数很高,这意味着地球大气中的氧气肯定是来自生命,而不是其他原因,看到氧气就意味着可能有生命。

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该研究小组一个令人惊讶的发现是,系外行星的探测指数直线下降,与地球没有太大不同。虽然地球表面大部分覆盖着水,但地球上的海洋只占地球质量的一小部分(0.025%)。相比之下,太阳系外的卫星通常接近50%的水冰。亚利桑那州立大学地球与太空探索学院的合著者史蒂文·德施说:很容易想象,在太阳系这样的另一个太阳系里,一颗类似地球的行星可能只有0.2%的水,这将足以改变探测指数。

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即使观测到氧气,也不能说明这些行星上存在生命。这是因为,一颗水含量为0.2%的类地行星(大约是地球的8倍)不会有裸露的大陆。没有陆地,雨水就不会经受住岩石的考验,也不会释放出磷等重要的营养物质。光合作用的生命,不能以与其他非生物来源相媲美的速率产生氧气。可探测性指数告诉我们,仅仅观测系外行星大气中的氧气是不够的,还必须观测海洋和陆地,这改变了天文学家在系外行星上寻找生命的方式。

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可以帮助我们解读对系外行星所做的观察,帮助选择寻找生命的最佳目标系外行星,还能帮助我们设计下一代太空望远镜,这样就能获得对生命做出积极识别所需的所有信息。来自不同领域的科学家聚集在一起创建了这个索引,该团队的成立得到了美国国家航空航天局(NASA)系外行星系统科学(NExSS)项目的推动,该项目为跨学科研究提供资金,以制定在系外行星上寻找生命的战略,包括理论和观测天体物理、地球物理、地球化学、天体生物学、海洋学和生态学。

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这种研究需要不同的团队,不能作为单独的科学家来做,研究团队希望这个可探测性指数框架能被用于寻找外星生命。在太阳系以外的行星上发现生命,将改变我们对宇宙中所处位置的整个理解。美国宇航局在寻找生命方面投入了很大的精力,研团队也希望这项工作能在我们寻找生命时,最大限度地增加发现生命的机会。

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