詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)的数据显示,狮子座恒星周围的一颗系外行星具有一些与地球上的生物体相关的化学标记。但这些都是模糊的迹象。那么这颗系外行星存在外星生命的可能性有多大呢?

在遥远的星球上发现了可能存在生命的迹象我们应该有多兴奋

系外行星是围绕太阳以外的恒星运行的世界。这颗行星被命名为K2-18b。它之所以如此命名,是因为它是第一颗被发现绕红矮星K2-18运行的行星。还有一颗K2-18c——第二颗被发现的行星。这颗恒星本身比太阳更暗、更冷,这意味着,为了获得与地球上相同水平的光,行星需要比我们距离恒星更近。

该系统距离我们大约124光年,从天文学角度来看,这已经很接近了。那么这颗系外行星上的情况是什么样的呢?这是一个很难回答的问题。我们拥有足够强大的望远镜和技术来告诉我们恒星是什么样子,以及系外行星有多远,但我们无法捕捉到行星的直接图像。不过,我们可以解决一些基础问题。

计算出有多少光照射到K2-18b对于评估这颗行星存在生命的潜力非常重要。K2-18b的轨道比地球更靠近恒星:它的距离大约是地球到太阳距离的16%。我们需要的另一个测量是恒星的功率输出:它每秒辐射的能量总量。K2-18的功率输出是太阳的2.3%。

通过几何学,我们可以计算出K2-18b每平方米接收约1.22千瓦(kW)的太阳能。这与我们在地球上接收到的1.36kW入射光相似。尽管来自K2-18的能量较少,但由于该行星距离较近,因此能量趋于平衡。到目前为止,一切都很好。然而,入射光的计算并未考虑云层或行星表面的反射程度。

当我们考虑其他行星上的生命时,一个流行的术语是宜居带,这意味着在平均表面温度下,水将处于液态——因为这种条件被认为是生命所必需的。2019年,哈勃太空望远镜确定K2-18b显示出水蒸气的迹象,表明其表面可能存在液态水。目前人们认为地球上存在着大片海洋。

这在当时引起了一阵兴奋,但在没有进一步证据的情况下,这只是一个有趣的结果。现在我们收到报告称,JWST已在大气中发现了二氧化碳、甲烷以及可能的化合物二甲硫醚(DMS)。DMS的初步检测意义重大,因为它仅在地球上由藻类产生。目前我们还不知道如果没有生命形式,它是不可能自然产生的。

K2-18b上有生命吗?

所有这些迹象似乎都表明K2-18b可能是寻找外星生命的地方。然而,事情并不那么简单,因为我们不知道结果有多准确。用于确定系外行星大气层中物质的方法涉及来自不同来源(通常是恒星或星系)的光穿过大气层边缘,然后由我们观察。任何化合物都会吸收特定波长的光,然后可以对其进行识别。

想象一下通过玻璃杯观察灯泡。当空的时候你可以完美地看到它。如果你把它装满水,你仍然可以看得很清楚,但有一些光学效应和着色,相当于太空中的氢气和尘埃云。现在想象一下你倒入红色食用染料——这可能相当于行星大气中的主要化学成分。

但大多数大气是由许多化学物质组成的。寻找其中任何一种就相当于将50种(可能更多)彩色食用染料以不同的量倒入玻璃杯中,然后尝试确定一种特定颜色的含量。这是一项极其困难的任务,存在很大的主观评估和错误空间。此外,穿过大气层的光包含恒星化学成分的信号,这使得分析更加复杂。

仅仅几年前,人们对金星上是否存在生命的兴趣激增,因为观测表明存在可由微生物产生的磷化氢气体。

然而,这一发现后来被多项研究成功反驳。如果从天文学角度来说,隔壁行星的大气层中的物质可能令人困惑,那么就很容易理解为什么分析距离远很多倍的行星是一项艰巨的任务。

我们可以从中得到什么?

系外行星K2-18b上存在生命的可能性很低,但并非不可能。这些结果可能不会改变任何人对外星生命的看法或信念。相反,他们确实展示了探索不属于我们自己的世界并找到更多信息的先进能力。

詹姆斯韦伯太空望远镜的力量不仅在于产生令人难以置信的图片,还在于提供有关天体本身的更详细和准确的数据。了解哪些系外行星存在水,哪些不存在水可以提供有关地球如何形成的信息。

研究气态巨型系外行星的大气层可以为太阳系中类似世界(例如木星和土星)的研究提供信息。确定CO2的水平可以表明极端的温室效应可能如何影响地球。这是研究行星大气成分的真正力量。