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除了地球,宇宙中是否还有其他星球存在生命?对外星生命和外星文明的幻想贯穿了科幻作品的发展历程,寻找地外生命也是天文学一直追寻的一个目标。人类不断向宇宙发射无线电波,试图联系宇宙中其他智慧生命并期待得到回应。虽然至今没有发现外星文明的踪迹,但科学家们并没有放弃努力。

光谱

寻找文明达到探索宇宙程度的外星人难度太大,一个更简单的方法是搜索宜居星球。与地球环境类似的行星,存在生命的可能性要远高于其他行星。也许有人会问,宇宙这么大,难道没有与地球生命完全不同的生命形态,生活在与地球完全不同的环境中吗,比如《变形金刚》里的汽车人?我们需要知道,自然规律在宇宙中是普遍适用的,地球上发现的基本规律放之宇宙皆准。既然地球上诞生了生命且都是碳基生命,那么地外生命诞生在与地球环境类似的星球上且同为碳基生命的可能性也是最大的。

  尤里-米勒实验已经证实,由水、甲烷、氨、氢气与一氧化碳组成的大气和液态水以及闪电是原始生命诞生的必要环境条件。寻找地外生命就相当于寻找具有这些生命演化必备条件的星球。

  从1995年发现第一颗系外行星到现在,我们已经找到了4000多颗系外行星,其中大部分行星是通过“凌日法”发现的。凌日法的原理很简单:当行星运行到恒星“前面”时,恒星的光会被挡住一部分,使观测到的亮度发生变化。如果一颗恒星的亮度周期性变暗,就可以判断它的周围至少有一颗行星。当行星“凌日”时,恒星的一部分光线会通过行星的大气层,部分波长的光被行星大气中的分子吸收,从而在光谱中留下行星大气的痕迹。通过比较光谱的变化,就可以检测行星大气的成分,从而判断生命存在的可能性大小。

  8月,麦吉尔大学的研究人员在《皇家天文学会月刊》发表一项研究,构建了地球的“传输光谱”,即地球凌日时在外太空观测到的地球光谱信息。这一数据也被称为“地球指纹”。它显示了存在生命的星球光谱的关键信息——同时存在甲烷和臭氧。自然环境中,甲烷和臭氧会发生化学反应,无法长期共存,除非有生命活动存在。甲烷和臭氧的共存也因此被称为“生物标记”。虽然现阶段太空望远镜的灵敏度还不足以进行这么细致的检测,但在未来这种标记将帮助我们在寻找地外行星的过程中筛选出地球2.0。

  9月11日,伦敦大学学院的一项研究成果在《自然·天文》杂志上发表,研究称他们在一颗名为K2-18b的行星上发现了水蒸气存在的痕迹。这是人类发现的第一颗位于宜居并且确认有水存在的行星。受限于目前技术的不足,K2-18b大气成分检测的数据精度很低,水蒸气含量的范围大到0.01%~50%,作为生物标志的甲烷与臭氧更是无法检测。但这已经是一个很好的开端。

  预定在2021年发射的詹姆斯韦伯太空望远镜将接替哈勃望远镜成为人类的太空之眼,它拥有更强大的红外光谱探测器,能进行更精细的光谱检测。随着科技的发展,未来还会有更先进的太空望远镜出现,依靠地球的传输光谱信息,我们寻找地外生命将更简单。

来源:仪器网


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