“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(guó)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(chǎng)關(guān)于“系外行星K2-18b上是否存在生命”的辯論。這場(chǎng)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(shí)因?yàn)闆]有達(dá)成共識(shí)，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(duì)最初的K2-18研究提出了重要問題——事實(shí)上，這些答案可能對(duì)探索整個(gè)地球之外的生命產(chǎn)生巨大影響?？茖W(xué)家們認(rèn)為他們?cè)谝活w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(dòng)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(yáng)系中的其他行星非常耗時(shí)且昂貴——更不用說更遠(yuǎn)的地方了。

除了從行星表面采集樣本，我們還沒有輕松識(shí)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(yuǎn)鏡或地面望遠(yuǎn)鏡可以識(shí)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(yuǎn)鏡確實(shí)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(zhǎng)穿過行星大氣層并被阻擋的信息，并根據(jù)這些波長(zhǎng)的各種特性，對(duì)大氣層本身的成分做出有根據(jù)的猜測(cè)。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(cè)到一種被稱為二甲基硫醚的分子。甲烷和二氧化碳的檢測(cè)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(yùn)行，距離地球120光年。（圖片來源：美國(guó)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(yuǎn)鏡研究所）/尼庫(kù)·馬杜蘇丹（劍橋大學(xué)））

研究人員真的檢測(cè)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(xì)菌和浮游植物產(chǎn)生，因此許多天體生物學(xué)家認(rèn)為它是一種生物特征。

這就是為什么尼庫(kù)·馬杜蘇丹會(huì)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(shí)他的團(tuán)隊(duì)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(yùn)行，由于它擁有的星光量很大，因此被認(rèn)為可能適合居??；還有人猜測(cè)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(tuán)隊(duì)對(duì)二甲基硫醚的發(fā)現(xiàn)似乎只會(huì)加強(qiáng)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(shí)證明存在二甲基硫醚，那就是一件意義重大的事情?！?/p>

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(cè)到生物特征時(shí)，他在信任他們之前會(huì)考慮兩個(gè)因素。首先，他確認(rèn)檢測(cè)到的信號(hào)是真實(shí)的——觀察者實(shí)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(rèn)為，馬杜蘇丹對(duì)二甲基硫醚的探測(cè)未能通過這兩個(gè)驗(yàn)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(xiàng)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(yùn)行時(shí)，這些特征會(huì)“完全消失”。他告訴Space.com，分析結(jié)果可能會(huì)發(fā)生變化，“取決于你如何處理數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)”，并補(bǔ)充說“我們?nèi)栽趯W(xué)習(xí)”如何分析此類數(shù)據(jù)，因?yàn)樗馁|(zhì)量比以往任何時(shí)候都高。他需要看到更強(qiáng)有力的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)才能確信二甲基硫醚確實(shí)存在于K2-18b的大氣中。

施維特曼對(duì)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(hào)，或者根本不代表任何東西的信號(hào)?！皩⒁粋€(gè)特征歸因于二甲基硫醚很容易，而這實(shí)際上是另一個(gè)氣體或噪聲源的結(jié)果，”他說?！拔覀兿胍嗟臄?shù)據(jù)，以確保我們測(cè)量的是二甲基硫醚?！?/p>

馬杜蘇丹為他團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了辯護(hù)，即使在相對(duì)較低的置信水平下：“如果你實(shí)事求是地研究，并且你發(fā)現(xiàn)了‘這個(gè)置信水平’的信號(hào)，你應(yīng)該報(bào)告這一點(diǎn)。你是否認(rèn)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(bào)告出來?！?/p>

然而，一些在線文章甚至暗示該組織可能在遙遠(yuǎn)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(cè)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(gè)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(rèn)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(shí)驗(yàn)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(rèn)為這個(gè)過程會(huì)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(gè)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(xiàng)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(huì)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(cè)二甲基硫醚”漢尼補(bǔ)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(huì)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(gè)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(yáng)系之外如何運(yùn)作的信息也很少。漢尼并不是在推動(dòng)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(duì)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(duì)彗星理論不屑一顧，因?yàn)樗J(rèn)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(huì)每小時(shí)都發(fā)生，“他說。他認(rèn)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(shí)際。

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

這項(xiàng)工作正在進(jìn)行中。

“我們正在得到更多的觀測(cè)結(jié)果，其他人也將得到更多的成果，”馬杜蘇丹說?！八?，在接下來的一年里，我們將看看這個(gè)分子是否在那里?！?/p>

BY:Perri Thaler

FY:李木

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