近日，劍橋大學(xué)天文學(xué)家尼庫(kù)·馬杜蘇丹領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)在《天體物理學(xué)雜志通訊》上發(fā)表文章稱，在距離地球約124光年的太陽(yáng)系外行星K2—18b大氣層中，發(fā)現(xiàn)了迄今太陽(yáng)系外可能存在生命活動(dòng)的“最有力證據(jù)”。該行星大氣層中存在二甲基硫醚（DMS）和二甲基二硫醚（DMDS）的“化學(xué)指紋”。在地球上，前者幾乎完全由海洋生物產(chǎn)生，后者則廣泛存在于自然界中，細(xì)菌、真菌、植物和動(dòng)物都會(huì)釋放它。如果這些發(fā)現(xiàn)可靠，這將是人類首次在太陽(yáng)系外行星上探測(cè)到的與生命活動(dòng)有關(guān)的、比甲烷更復(fù)雜的有機(jī)分子。
該項(xiàng)研究采用“凌星光譜法”，利用詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）獲得恒星星光穿過(guò)行星大氣時(shí)留下的吸收痕跡，這些痕跡能夠反映行星大氣中的物質(zhì)及其含量。該方法類似于通過(guò)紫外線燈照射紙幣時(shí)看到的水印，來(lái)判斷貨幣真假。不同的是，這一方法是從光譜而不是圖像中尋找“水印”。
在迄今宇宙中已發(fā)現(xiàn)的5800多顆太陽(yáng)系外行星中，K2—18b屬于最常見的類型之一。2015年，它被開普勒太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)。K2—18b的質(zhì)量約為地球的8.6倍，體積約為地球的2.6倍，處于行星宜居帶。2019年，有兩個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)利用哈勃空間望遠(yuǎn)鏡研究了K2—18b的大氣，認(rèn)為其富含水蒸氣。不過(guò)后來(lái)有觀測(cè)和分析認(rèn)為，所謂的水蒸氣或許是甲烷。雖然二者很難區(qū)分，但考慮到K2—18b的溫度環(huán)境，甲烷的可能性更大。
2023年，馬杜蘇丹團(tuán)隊(duì)利用JWST數(shù)據(jù)確認(rèn)K2—18b大氣中以甲烷和二氧化碳為主，并首次提出可能存在二甲基硫醚。在此次研究中，他們利用更長(zhǎng)波段的JWST數(shù)據(jù)，使得探測(cè)置信度首次超過(guò)3，達(dá)到3.4。天文學(xué)家一般認(rèn)為置信度達(dá)到3是探測(cè)的底線，到5是比較可靠的探測(cè)。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這是首次在一顆處于宜居帶的系外行星大氣層中發(fā)現(xiàn)碳基分子。這些結(jié)果與對(duì)“氫海行星”的預(yù)測(cè)相符：即在其富含氫氣的大氣層之下，是一個(gè)被海洋覆蓋的宜居世界。
對(duì)此結(jié)果，國(guó)際上也有不少研究者提出質(zhì)疑。一些研究認(rèn)為，這些觀測(cè)數(shù)據(jù)“存在較大噪聲干擾，所有已報(bào)告的特征可能只是統(tǒng)計(jì)波動(dòng)”。同時(shí)，很多其他分子的模型也能給出類似甚至略好的擬合效果。對(duì)于K2—18b上是否存在水的問(wèn)題，美國(guó)密歇根大學(xué)的研究者認(rèn)為，K2—18b更可能是一顆類似海王星的氣態(tài)行星，甚至沒有實(shí)體表面。此外，實(shí)驗(yàn)室天體物理學(xué)家在還原性大氣中通過(guò)化學(xué)反應(yīng)也生成了二甲基硫醚，研究星際介質(zhì)的專家提出二甲基硫醚可能來(lái)自太空。因此，即使K2—18b上存在二甲基硫醚，它們或許由非生命過(guò)程產(chǎn)生，甚至還可能來(lái)自星際介質(zhì)。
太陽(yáng)系外是否有生命存在？這個(gè)問(wèn)題一直吸引著人類。宇宙浩渺無(wú)垠，恒星之間極為遙遠(yuǎn)，目前只能依靠類似JWST的天文望遠(yuǎn)鏡來(lái)獲取這些行星的光譜。當(dāng)前比較公認(rèn)的生命信號(hào)探針包括如下情況：如果發(fā)現(xiàn)某顆行星大氣中存在明顯的氧氣或者強(qiáng)烈的紫外吸收（由臭氧層導(dǎo)致）以及甲烷，那么生命就有可能存在；如果行星光譜存在“紅色邊緣”或類似的光譜特征，那么這顆星球可能類似于白堊紀(jì)年代的地球，地表幾乎全是森林，綠色植物的葉綠素選擇性吸收了藍(lán)光和紅光，產(chǎn)生了“紅色邊緣”效應(yīng)。
科學(xué)探索永無(wú)止境。為推進(jìn)相關(guān)研究，有不少國(guó)家制定了探測(cè)系外生命的發(fā)展規(guī)劃，包括中國(guó)的天鄰計(jì)劃和覓音計(jì)劃、美國(guó)的宜居世界天文臺(tái)項(xiàng)目和歐洲的生命項(xiàng)目等。我們相信，隨著天文望遠(yuǎn)鏡和觀測(cè)水平的提升、行星大氣模型的發(fā)展、天體生物學(xué)的興起，越來(lái)越多的觀察、仿真、實(shí)驗(yàn)和模擬將幫助人們獲得更多關(guān)于生命信號(hào)探針的認(rèn)知。
（作者為中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員）
