寻找外星生命 瞄准这些信号就对了

欧洲航天局最近公布的一项研究结果提高了人们对火星上生命的期望——雷达探测器在火星内部发现了一个液态地下水湖，这无疑为寻找火星上的生命增加了一个成功的筹码。

尽管人们对火星寄予厚望，但人们对生命的探索并不局限于太阳系。随着天文知识的积累，人类已经认识到地球周围的太阳只是银河系中一颗普通的恒星。根据目前的观察，银河系中有数亿颗恒星，而在整个宇宙中，有200-2000亿个星系包含大量恒星。在如此巨大的恒星中，地球是特殊和独特的吗？生命有可能诞生在太阳系的行星上或其他恒星周围吗？为了解决这些问题，天文学家进行了大量的研究，并逐渐发展了一门交叉学科，称为“天体生物学”。与那些希望通过不明飞行物发现外星人的粉丝相比，天体生物学家主要是通过科学观察和探测来寻找外星生命，以发现生命活动的迹象，并推断生命是否可能。

有机物的丰富:暗示生命过程的存在

如果我们能在其他行星上发射探测器，我们就能在行星上搜寻与生命相关的物质，然后找到生命的痕迹。由于火星在性质上与地球最为相似，而且火星也是最有可能着陆的地方，科学家们相继发现了一些与生命相关的物质。

例如，对于地球上所有已知的生物体来说，有机物是构成活生物体的基本化学单位。如果火星上有有机物，这意味着火星上可能有适合生命存在的条件。今年5月，美国宇航局宣布好奇号探测器在火星盖尔环形山中心的沙普山附近发现了有机分子，如噻吩(CH4H4S)和二甲基硫化物(C2H6S)，它们的丰度达到10ppm (1%，相当于克/吨)。这种有机物丰度与30亿年前地球上的有机物丰度基本相同，这可能意味着当时火星和地球上正在发生一些类似的生物过程。盖尔环形山附近以前也发现过液态水存在的证据，所以有机物的发现增加了盖尔环形山曾经是火星上生命的温床的可能性。

事实上，早在20世纪70年代，当人类刚刚能够登陆火星时，美国国家航空航天局就使用了两个登陆火星的海盗探测器来搜寻火星上的有机物，但什么也没找到。后来，更深入的分析发现，有机物可能在维京号的样本分析过程中被破坏。在设计好奇号探测器的分析过程中，我们设法避免了类似问题的发生。然而，仅靠有机物不能完全证明生命的存在，因为陨石和一些地质过程也可能产生有机物。

生物化石:强而弱的证据

在自然博物馆，我们可以看到史前动物的化石，如恐龙和三叶虫。通过化石的形状，我们可以认识到它是一种动物，而不是由其他自然现象形成的物质。

1984年，一个美国陨石搜索小组在南极洲发现了一颗磁铁矿陨石，并将其编号为ALH84001。1996年，美国宇航局的科学家用扫描电子显微镜分析了这块陨石，惊讶地发现它的一个结构与细菌非常相似。这些科学家认为他们已经在火星上发现了细菌化石，并在《科学》杂志上发表了他们的结论。由于这一发现的内容非常直观，而且主题相当“具有爆炸性”，大众媒体很快对其进行了大规模报道，并将其视为地球以外存在生命的第一个确凿证据。美国总统比尔·克林顿在电视讲话中宣布了这一发现。

然而，在一些科学家看来，这一发现不能完全证明火星上存在生命。首先，形状像细菌的结构只有20-100纳米的直径，比所有已知细菌的直径都小。此外，一些科学家通过实验室中的非生物过程获得了类似于陨石的结构。目前，科学界的共识是，生命的存在不能仅通过具有生物学形态特征的结构如ALH84001来确认，还需要其他分析和证据支持。

大气成分:目前唯一可观察到的特征

生命活动将改变地球大气层的组成特征。超过24亿年前，地球大气层只含有微量的氧气。此后，由于生物体的光合作用，地球大气中的氧含量开始不断增加，最终达到今天的水平。如果在其他星球的大气中发现了氧气，就可以认为这个星球上有生命存在。一些细菌可能在新陈代谢过程中释放甲烷，所以大气中的甲烷也可以作为生命的特征。如果一个星球上的甲烷含量随季节变化，这个星球上生命的可能性就会更高。此外，由植物燃烧产生的一氯甲烷和在植物腐烂过程中产生的一氧化二氮也可以作为生命的大气特征。

2003年，火星快车首次发现了甲烷在火星上的广泛分布。根据计算，火星上的某些过程每年必须产生270吨甲烷来维持火星大气中的甲烷浓度，而火星上存在或曾经存在的微生物被认为是甲烷的可能来源之一。今年5月，美国宇航局宣布“好奇号”发现了火星上甲烷含量的季节性变化，为火星上存在产甲烷微生物的假设提供了证据。

大气特征可以通过各种望远镜的观测和光谱分析获得。当恒星的光透过或反射穿过行星的大气层时，它的光谱特征会因行星大气层的组成而改变。通过将这些变化与标准光谱特征数据库进行比较，科学家可以了解地球大气层的组成。由于我们还不能对太阳系以外的行星进行探测，大气特征是唯一可以用来预测外行星上生命存在的生物特征。长时间延迟的詹姆斯·韦伯太空望远镜、美国和欧洲在智利建造的巨型麦哲伦望远镜以及欧洲巨型望远镜都有能力观测系外行星的大气光谱特征。预计第一批潜在可居住行星的大气特征观测将于2030年左右开始。

像其他生物特征一样，大气特征本身不足以完全证明生命的存在，因为非生物过程也可能在大气成分中产生类似的变化。因此，科学家需要综合各种特征，进行深入分析，排除研究过程中的所有其他可能性，然后才能最终确定地宣布地球上一定有生命。

(作者是哈尔滨工业大学深圳校区博士后)