在宇宙中寻找“生命行星”

发现“氢行星”

假若你在太空使用望远镜观测地球，你就有可能找到地球表面存在生命的证据。你会从光谱中发现地球大气中存在丰富的氧和甲烷。氧具有高度的活性，能将甲烷氧化成水和二氧化碳，是绿色植物在光合作用中产生的副产品。甲烷则暗示着生命的存在，一小部分产生于地壳缓慢的地质学过程，大多数是各种古老微生物的排放物，还有一些来自于沼泽、农作物及动物的消化过程。

然而在宇宙中，和地球相似的行星并不是很多，于是科學家们希望扩展搜索范围，寻找一些大气组成虽然和地球不一样，但依然有可能存在生命的行星。这种行星的大气层有可能更容易被观测，例如拥有氢大气层的行星。氢本身很轻，由氢组成的大气是膨胀的，大气层距离行星表面会非常远，这意味着更多的星光可以通过大气层进入到望远镜中来，这使得通过探测富氢大气以寻找生命迹象的观测变得更加容易。

然而，生命是否可以在氢气的环境中存活呢？美国麻省理工学院的天文学家萨拉·西格尔对这个问题很感兴趣。她和同事们在实验室里将一些酵母和大肠杆菌放在特定的小瓶中，模拟各种行星大气的大气环境。使用酵母和大肠杆菌做实验是因为两者是科学家们认定的单细胞生物的替代品。

科学家们的实验结果非常令人振奋，微生物可以在氢气的瓶中生存。2020年5月4日，科学家们在《自然天文学》杂志上公布了这些新发现。这些发现有望帮助人们进一步拓展寻找外星生命证据的范围。

光的秘密

然而，氢行星肯定不是唯一可能寻找到生命的地方。萨拉·西格尔团队的实验表明，微生物也可以生活在其他成分中，例如以氦或氮为主要成分的大气中，只是这种大气层在宇宙中更难被探测到。那么，对于这样的行星，人们就束手无策了吗？

其实，行星的光谱特征不仅能提供这颗行星的大气组成，而且它还能揭示与生命相关的其他众多信息。例如，是否存在水蒸气、甲烷、钠等。目前，这种通过分析光谱特征研究系外行星的方法虽然方兴未艾，但却非常令人期待，它将为未来寻找宇宙生命的探索活动带来新契机。

恒星的光看上去是白色的，但其实是由多种颜色或波长组成的。当光穿过行星大气中的气体和尘埃，那些物质中的原子和分子就会吸收特定的波长，而光谱仪则能显示什么样的波长被吸收掉了。在白光被分解成组成它的多种颜色的情况下，这种显示是一种暗缝，它像指纹一样表明那些被吸收掉的物质拥有怎样的“身份”。

假若天文学家能够观测一颗恒星发出的光如何通过一颗遥远系外行星的大气层，那么他们会发现什么呢？从理论上说，他们可以知道那大气层中的气体是由什么物质组成的。例如，假如有外星生命观察我们的地球，它们吸收的光谱中会显示地球上有水蒸气和二氧化碳。水蒸气暗示地球存在丰富的水，而二氧化碳则显示地球是一个岩石行星。若将这些证据结合起来，外星生命便可以对地球的状况作一个判断了。

那些遥远的大气层

然而，就目前的情况看，由于受望远镜观测能力的限制，要获得上述判断，观察者和被观测目标之间的距离必须相对较近，而在宇宙中，科学家们观测到的系外行星则至少距离地球好几光年。在那样遥远的距离下，人类是否还有能力获得可以用作研究的行星光谱呢？

最初的突破发生在2001年。在那一年，天文学家使用哈勃太空望远镜探测到了一颗距离地球150光年的系外行星，这颗行星围绕一颗名为HD 209458的很像太阳的恒星运行。人们在这颗行星的外层大气中发现了钠，这是人类第一次探测到了太阳系之外的行星大气。

不过，这颗行星属于“热木星”，比类似地球的岩石行星大得多，且距离它们的“太阳”非常近。而寻找系外生命行星，人们需要探测的是类似地球这样的系外岩石行星，这种行星表面是固体的，个头比“热木星”小，大气相对稀薄，因而用望远镜探测这种系外行星的大气层就困难得多了。

一颗行星围绕一颗名为HD 209458的很像太阳的恒星运行，科学家们首次在这颗系外行星的大气中找到了钠。

不过，天文学家并不认为探测岩石行星的大气层是办不到的。萨拉·西格尔团队在富氢环境下的生命实验就表明了人们努力的方向。接下来，天文学家还会和生物学家合作探讨系外行星上的生物有可能在大气中释放怎样的气体，这样的气体会作为宇宙中的“生命标记”而成为天文学家搜寻的目标。

值得期待的望远镜

接下来，搜寻“生命行星”的重任就落在太空望远镜上了。虽然现在的太空望远镜还难以完成探测岩石系外行星大气层的任务，但未来的太空望远镜一定会有所突破。2018年，一架名为“系外行星凌日观测卫星”的自动太空望远镜被发射升空，它是“开普勒”太空望远镜的“继任者”，能捕捉恒星发生的任何暂时出现的亮度变化。这种变化有可能显示一颗行星正在经过这颗恒星的表面，它将恒星的一部分光亮遮挡住了。

一旦确认了存在一颗行星，另外一架功能更加强大的太空望远镜就会在更多的细节上观测这颗行星，这架望远镜就是人们期待已久的詹姆斯·韦伯太空望远镜，它是迄今最强大、最复杂的太空望远镜。如果不出意外，它将于2021年发射升空。天文学家认为，这架太空望远镜将有能力确定一些系外行星大气中的化学组成，从而寻找到宇宙中的“生命元素”，包括水、氧和甲烷等。

但这也只是一个开始。随着太空望远镜观测能力的进一步提高，人类搜寻宇宙生命的探测活动将随之进入到一个个崭新的阶段。