如何找到外星生命？

本文来自微信公众号：原理（ID：principia1687），作者：Måka，原文标题：《寻找外星生命的新途径》，题图来自：《普罗米修斯》

1

1992年1月，射电天文学家Aleksander Wolszczan和Dale Frail宣布，他们在脉冲星PSR 1257+12的周围发现了两颗环绕运行的行星。这是人类首次在太阳系之外发现行星。

三年多后，到了1995年10月，天文学家Michel Mayor和Didier Queloz首次发现了一颗围绕着银河系中一颗类日恒星运行的系外行星51 Pegasi b。两位天文学家也因此获得了诺贝尔物理学奖。

自此之后的近30年里，我们已经在太阳系外发现了数千颗系外行星。在系外行星的搜索中，寻找来自其他世界的生命迹象自然是其中的重头戏。对此，天文学家主要关注的是那些和地球大小、质量、温度和大气成分相似的行星，也就是所谓的类地行星。这是个非常合理的起点，毕竟地球是我们目前唯一知道的存在生命的星球。

然而，在近日发表的一项新研究中，来自剑桥大学的天文学家认为，其实还有更多充满希望的可能，而我们不应该忽视它们。研究发现了一类新的宜居行星，它们被称为“氢海”（Hycean）行星，顾名思义，也就是那些具有富氢的大气，且被海洋覆盖的行星。

 氢海行星的艺术家畅想图。｜图片来源：Amanda Smith/University of Cambridge

这类行星看起来和我们的自己这颗星球非常不同，但研究认为，它们有条件支持生命的存在，更重要是的，这类行星的数量和可观测性均高于类地行星。这将大大加速我们对太阳系之外的生命的搜索。一些乐观的研究人员认为，这一结果或许表明，在不久的将来找到太阳系外生命的生物信号成了一种切实的可能。

2

在已知的数千颗系外行星中，绝大多数行星的大小在地球和海王星之间，它们通常被称为超级地球或者超小海王星，主要是大气富含氢的岩质行星或者冰质巨行星，或者介于两者之间的行星。

大多数超小海王星的大小超过了地球的1.6倍，它们比海王星更小，但还是太大了，无法像地球这样拥有岩质的内部结构。早期对这类行星的研究认为，它们富含氢的大气之下的压力和温度过高，无法支持生命的存在。

但Nikku Madhusudhan博士领导的团队最近对超小海王星K2-18b的研究发现，在某些条件下，这些行星仍然有机会支持生命的存在。

这一发现让团队对相关行星和恒星性质进行了更全面的详细调查，从而希望寻找一些可能的行星条件，以及哪些已知的系外行星可能满足这些条件，还有它们的生物信号是否有机会被观测到。

 系外行星K2-18b的艺术家印象图。| 图片来源：ESA/Hubble, M. Kornmesser

正是这项调查让研究人员注意到了氢海行星。它们通常比地球更大，也更炎热，可能是地球大小的2.6倍，其大气温度或许高达近200摄氏度，具体则取决于它们的宿主星。

尽管和地球看似不同，但氢海行星仍然具有容纳大型海洋的特征，在富含氢的大气之下，存在着行星尺度的巨大海洋。这类海洋或许可以支持某些微生物生命的生存，它们或许类似于地球上一些最极端的水生环境中发现的微生物生命。

这类行星还包括了潮汐锁定的暗氢海行星，它们可能只有在永久的背阴面具有宜居条件，以及只能接收到来自恒星的少量辐射的冷氢海行星。

与类地行星相比，氢海行星可能存在于恒星周围更广的空间范围里。也就是说，即使是位于类地行星所需的宜居带的范围之外，仍然有机会找到支持生命存在的行星。这也改写了我们通常对“宜居带”的认识。

总的来说，天文学家相信，氢海行星可能相当普遍，这意味着在银河系其他地方寻找生命的最有希望的地方，或许就一直隐藏在视线中。

3

当天文学家试图确定很多光年之外的行星的状况时，他们通常会寻找分子特征，从而推断该行星的大气和内部结构，这些结构影响着行星的表面状况、海洋的存在和生命的潜力。

天文学家也会寻找某些特定的生物信号，它们暗示着生命存在的可能性。最常见的生物信号包括氧气、臭氧、甲烷和一氧化二氮，它们也都存在于地球上。

还有一些其他生物标记物，比如氯甲烷和二甲基硫化物，它们在地球上的含量较低，但在氧气或臭氧没那么丰富的富氢大气的行星上，这些化合物或许能成为潜在的生命指标。

Madhusudhan表示，氢海行星为人类在其他地方寻找生命开辟了一条全新的途径，它们或许提供了更好的机会来发现一些微量的生物信号。他们发现，氢海行星的大气中可能存在一些微量的生物标记物，在不久的将来，这些标记物或许很容易通过光谱观测被发现。

氢海行星更大的尺寸、更高的温度和富含氢的大气，也使得它们的大气特征比类地行星更容易探测。

4

类似氢海行星这样大小的行星在已知的系外行星中占了大多数，但对它们的研究还没有像超级地球那般详细。

当然，仅仅依靠大小还不足以确认一颗行星的具体情况，还需要从质量、温度和大气性质等其他方面进行更详细研究。

目前，研究团队确定了一个相当大的潜在的氢海行星样本，这些样本可以成为下一代望远镜详细研究的主要候选对象，比如一拖再拖的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）。这些行星都围绕着距离我们35-150光年的红矮星运行，以天文标准来说，它们非常“近”了。

科学家认为，在搜索外星生命时，我们需要保持一种开放的态度，因为自然总是以超乎想象的方式给我们带来惊喜。

参考来源：

https://www.cam.ac.uk/research/news/new-class-of-habitable-exoplanets-are-a-big-step-forward-in-the-search-for-life

https://www.sciencenews.org/article/planet-habitable-new-type-hycean-search-extraterrestrial-life-aliens

本文来自微信公众号：原理（ID：principia1687），作者：Måka