“難以相信我們還沒有確切的證據(jù)證明K2-18b的大氣中存在二甲基硫醚（DMS）?！?/p>

（圖片來源：美國航天局、歐洲空間局、加拿大宇航局、約瑟夫·奧姆斯特德）

2023年，天文學(xué)界爆發(fā)了一場關(guān)于“系外行星K2-18b上是否存在生命”的辯論。這場辯論始于一篇科學(xué)家們發(fā)表的論文，文中表明地球大氣里可能存在一種特定的化學(xué)物質(zhì)，即二甲基硫醚。當(dāng)時因為沒有達成共識，所以討論一直持續(xù)到現(xiàn)在。許多天文學(xué)家想知道K2-18b上是否真的有二甲基硫醚，甚至質(zhì)疑二甲基硫醚是否是生命存在的可靠依據(jù)。

如果答案是否定的，關(guān)于K2-18b宜居性的討論將毫無意義。

現(xiàn)在，新的調(diào)查對最初的K2-18研究提出了重要問題——事實上，這些答案可能對探索整個地球之外的生命產(chǎn)生巨大影響?？茖W(xué)家們認為他們在一顆彗星上發(fā)現(xiàn)了二甲基硫醚，這意味著它的產(chǎn)生可能不需要生命、使用這種化學(xué)物質(zhì)作為生命標(biāo)志的方法是存疑的。

加州大學(xué)河濱分校的天體生物學(xué)家愛德華·施維特曼解釋說，在理想情況下，研究人員可以通過派遣航天器或宇航員到這些星球的表面去尋找僅由生命產(chǎn)生的分子來尋找系外行星上的生命，他與最初二甲基硫醚的發(fā)現(xiàn)無關(guān)。研究人員可以部署探針來尋找RNA、DNA和其它我們知道的與生命相關(guān)的生物分子（當(dāng)然，正如我們所知道的那樣），并可以將他們的發(fā)現(xiàn)用作外星活動的證據(jù)。

然而，這一戰(zhàn)略面臨一些重大挑戰(zhàn)。首先，將航天器發(fā)送到太陽系中的其他行星非常耗時且昂貴——更不用說更遠的地方了。

除了從行星表面采集樣本，我們還沒有輕松識別特定生物分子的技術(shù)?！跋馜NA這樣的分子根本無法以太空望遠鏡或地面望遠鏡可以識別的方式在系外行星的大氣中積累，”施維特曼告訴Space.com。

因此，科學(xué)家們只能使用望遠鏡確實可以看到的東西——光譜，來尋找地球以外生命的跡象。天文學(xué)家可以收集有關(guān)光波長穿過行星大氣層并被阻擋的信息，并根據(jù)這些波長的各種特性，對大氣層本身的成分做出有根據(jù)的猜測。這些數(shù)據(jù)“通常有多種不同的解釋，所以這真的非常非常棘手，”開放大學(xué)的行星科學(xué)家喬安娜·巴斯托告訴Space.com。

用韋伯的近紅外成像儀和狹縫光譜儀和近紅外光譜儀獲得的K2-18 b光譜顯示，系外行星大氣中含有大量的甲烷和二氧化碳，并可能檢測到一種被稱為二甲基硫醚的分子。甲烷和二氧化碳的檢測以及氨的短缺與K2-18 b中富氫大氣下存在的海洋一致。K2-18 b的質(zhì)量是地球的8.6倍，在宜居帶圍繞冷矮星K2-18運行，距離地球120光年。（圖片來源：美國航天局/加拿大宇航局/歐洲空間局/約瑟夫·奧姆斯特德（空間望遠鏡研究所）/尼庫·馬杜蘇丹（劍橋大學(xué)））

研究人員真的檢測到了二甲基硫醚嗎？

在系外行星周圍大氣層中發(fā)現(xiàn)的一種化學(xué)物質(zhì)使研究人員相信該行星可能孕育著生命，這種化學(xué)物質(zhì)被稱為生物特征。在地球上，二甲基硫醚主要由海洋中的細菌和浮游植物產(chǎn)生，因此許多天體生物學(xué)家認為它是一種生物特征。

這就是為什么尼庫·馬杜蘇丹會感到驚訝，他是劍橋大學(xué)的天體物理學(xué)家、引起有關(guān)K2-18b辯論的主要作者，當(dāng)時他的團隊在行星大氣層中發(fā)現(xiàn)了二甲基硫醚的跡象。

K2-18b圍繞著一顆距離地球超過700萬億英里的恒星運行，由于它擁有的星光量很大，因此被認為可能適合居??；還有人猜測其大氣中存在水蒸氣。此外，馬杜蘇丹和其他一些天文學(xué)家懷疑這顆系外行星具有溫和的溫度和液態(tài)海洋，這都是我們熟悉的地球生命存在的關(guān)鍵因素。

因此，馬杜蘇丹團隊對二甲基硫醚的發(fā)現(xiàn)似乎只會加強K2-18b存在生命的理由?！斑@是微弱的證據(jù)，”他告訴Space.com，但“如果事實證明存在二甲基硫醚，那就是一件意義重大的事情。”

但一些科學(xué)家不接受馬杜蘇丹在K2-18b周圍發(fā)現(xiàn)的真的是二甲基硫醚。

“難以相信我們還沒有確切的證據(jù)證明K2-18b的大氣中存在二甲基硫醚”施維特曼說，并將他的懷疑歸因于新出版物的可信度相當(dāng)?shù)汀?/p>

當(dāng)其他研究人員聲稱檢測到生物特征時，他在信任他們之前會考慮兩個因素。首先，他確認檢測到的信號是真實的——觀察者實際上已經(jīng)找到了他們所說的分子。然后，他確保人們將該分子的產(chǎn)生歸因于正確的來源——即證明二甲基硫醚的存在代表生命的存在。施維特曼和許多其他天文學(xué)家認為，馬杜蘇丹對二甲基硫醚的探測未能通過這兩個驗證步驟。

密歇根大學(xué)的天體物理學(xué)家瑞安·麥克唐納沒有參與這項新研究，他解釋說，他發(fā)現(xiàn)了置信度相似的分子特征，當(dāng)相同的數(shù)據(jù)通過不同的模型運行時，這些特征會“完全消失”。他告訴Space.com，分析結(jié)果可能會發(fā)生變化，“取決于你如何處理數(shù)據(jù)的細節(jié)”，并補充說“我們?nèi)栽趯W(xué)習(xí)”如何分析此類數(shù)據(jù)，因為它的質(zhì)量比以往任何時候都高。他需要看到更強有力的統(tǒng)計數(shù)據(jù)才能確信二甲基硫醚確實存在于K2-18b的大氣中。

施維特曼對將此特征歸因于二甲基硫醚也有自己的擔(dān)憂。他解釋說，二甲基硫醚與光相互作用的特定方式可以產(chǎn)生類似于其他一些氣體（如甲烷）的信號，或者根本不代表任何東西的信號?！皩⒁粋€特征歸因于二甲基硫醚很容易，而這實際上是另一個氣體或噪聲源的結(jié)果，”他說。“我們想要更多的數(shù)據(jù)，以確保我們測量的是二甲基硫醚。”

馬杜蘇丹為他團隊的發(fā)現(xiàn)進行了辯護，即使在相對較低的置信水平下：“如果你實事求是地研究，并且你發(fā)現(xiàn)了‘這個置信水平’的信號，你應(yīng)該報告這一點。你是否認為它是潛在的證據(jù)，在某種程度上是主觀的，但你仍然應(yīng)該把它報告出來。”

然而，一些在線文章甚至暗示該組織可能在遙遠的星球上發(fā)現(xiàn)了外星生命。即使是馬杜蘇丹也不愿同意這樣的結(jié)論。

系外行星K2-18 b在其矮星附近。（圖片來源：亞歷克斯·博爾斯默）

二甲基硫醚的存在真的意味著生命的存在嗎？

除了是否真的檢測到二甲基硫醚的問題之外，研究人員還在研究該分子是否是首要的、優(yōu)良的生命標(biāo)志物。巴斯托解釋說，最好的方法是看其他解釋的條件下是否可以觀察到足夠高的二甲基硫醚存在量。

有幾個案例表明，科學(xué)家們找到了在不依賴生命的情況下制造傳統(tǒng)上被認為是生物特征的其他分子的方法。例如，在2023年，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種將二氧化碳和氦轉(zhuǎn)化為氧氣的方法，氧氣通常被用作生命存在的指標(biāo)。

同樣，在1975年，化學(xué)家能夠在實驗室中使用硫化氫、甲烷和電制出二甲基硫醚，證明它的產(chǎn)生不必需生命。（馬杜蘇丹并不認為這個過程會在K2-18b上產(chǎn)生足夠多的、可以被觀察到的二甲基硫醚）

2024年11月，一個研究小組公布了來自彗星的二甲基硫醚的證據(jù)。他們的研究支持了二甲基硫醚產(chǎn)生的新想法，該想法使用來自跨太空的基本元素、并且不依賴生命。

伯爾尼大學(xué)的化學(xué)家、這項新研究的首席研究員諾拉·漢尼解釋了二甲基硫醚如何從彗星轉(zhuǎn)移到行星上。她告訴Space.com，彗星可能會降落在行星上并將化學(xué)物質(zhì)沉積到大氣層中，“所以它像是一艘宇宙飛船?！?/p>

“如果你想在大氣中探測二甲基硫醚”漢尼補充道，“它還必須在大氣化學(xué)、輻照中存活......也許你必須在撞擊后立即觀察潛在的污染，或者你不得不受到很多影響，一些物質(zhì)可能會堆積。

許多未知數(shù)仍然存在。

系外行星K2-18b及其大氣層的特性在很大程度上是一個謎，因此目前尚不清楚二甲基硫醚能存在多久，甚至是否真正存在。關(guān)于彗星在我們的太陽系之外如何運作的信息也很少。漢尼并不是在推動彗星是導(dǎo)致K2-18b上存在二甲基硫醚的假設(shè)，但她希望在對二甲基硫醚發(fā)現(xiàn)得出任何結(jié)論之前，將這種情況視為一種可能性。

然而，馬杜蘇丹對彗星理論不屑一顧，因為他認為在系外行星的大氣層中存在大量的二甲基硫醚?！澳阈枰峁┒嗌俨拍茉谛行谴髿鈱又杏^察到它？彗星撞擊不會每小時都發(fā)生，“他說。他認為，如果用這種假設(shè)來解釋他的發(fā)現(xiàn)，那么撞擊K2-18b并帶來二甲基硫醚的彗星數(shù)量需要高得不切實際。

顯然，在就該特征是否真實以及二甲基硫醚是否是可靠的生物特征達成共識之前，還有更多工作要做。麥克唐納解釋說，使用多個儀器對K2-18b大氣層進行更多望遠鏡觀測將是證明二甲基硫醚是否真正存在的“黃金標(biāo)準”。

這項工作正在進行中。

“我們正在得到更多的觀測結(jié)果，其他人也將得到更多的成果，”馬杜蘇丹說。“所以，在接下來的一年里，我們將看看這個分子是否在那里?！?/p>

BY:Perri Thaler

FY:李木

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