外星世界不尋常的毒氣點燃了生命的希望和健康的懷疑

一個天文學家團隊于 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·韋伯太空望遠鏡盯著主持人星星行星 K2-18b將近六個小時。

在那段時間里，這顆繞軌道運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 種不同的分子進行比較，天文學家得出結(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。

我是一名天文學家和天體生物學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，K2。天文學家將 “b” 標簽分配給系統(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——在銀河系的尺度上，這個世界實際上就在我們的后院。

盡管天文學家對 K2-18b 知之甚少，但我們確實知道它與地球非常不同。首先，它是關于質(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。

天文學家認為，這個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.

另一個選項，如劍橋大學天文學家 Nikku Madhusudhan最近提出的是，這顆行星是 ”海西安世界."

這個詞的意思是海洋上的氫，因為天文學家預測，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，因為它們可能沒有液態(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·韋伯太空望遠鏡的短波長紅外相機首次檢查過濾穿過 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 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)還顯示了一個額外的非常微弱的信號。該團隊發(fā)現(xiàn)，這個微弱的信號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。

這個信號使最初的探測變得令人興奮：在一個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體排放的。

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

為了解決這些問題，Mashusudhan 的團隊將 JWST返回 K2-18b一年后。這一次，他們用了另一臺相機在 JWST 上，尋找另一個波長范圍的光。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)顯示了該團隊歸因于 DMS 或非常相似的分子的更強但仍然相對較弱的信號。在另一組觀測期間，DMS 信號出現(xiàn)在另一臺相機上，這一事實使大氣中 DMS 的解釋更加強大。

Madhusudhan 的團隊還展示了對數(shù)據(jù)和解釋中的不確定性進行了非常詳細的分析。在實際測量中，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，進一步支持 DMS 的解釋。作為一名天文學家，我發(fā)現(xiàn)這種分析令人興奮。

外面有生命嗎？

這是否意味著科學家在另一個世界發(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？天文學家應該對此進行測試。

其次，在相隔兩年的兩臺相機中看到的信號真的是二甲基硫醚嗎？科學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)有技術檢測到的。天文學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)果可能會引導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。

世界各地的科學家都在已經(jīng)在仔細審查已發(fā)表的研究并將對研究結(jié)果進行新的測試，因為獨立驗證是科學的核心。

展望未來，K2-18b 將成為世界上最靈敏的望遠鏡 JWST 的重要目標。JWST 可能很快就會觀測其他潛在的 hycean 世界，看看信號是否也出現(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)不起時間的考驗。但就目前而言，天文學家可能已經(jīng)探測到在黑暗、藍色調(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家來說將是激動人心的。

丹尼爾·阿派， 研究副院長兼天文學和行星科學教授，亞利桑那大學

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