天文学家认为系外生命搜索范围应扩大至氢的世界

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如果我们有机会在系外行星上发现生命的证据,那八成是透过分析其大气中的气体得知,随着已知的系外行星不断增加,我们可能很快就会在系外行星的大气层中发现与地球生命相似的环境。

但假如这些外星生命所运用的化学物质与我们不同呢?新研究中表示,我们对系外生命的搜寻范围,不应仅关注类地球行星,而也应扩大至包含氢气大气层的行星。当一颗系外行星从它的母恒星前面经过时,我们可以探测它的大气层,当这样的现象发生时,恒星的光线必须穿过行星的大气层才能抵达地球,其中的部分光线难免在凌日过程中被该星的大气层所吸收。

藉由分析恒星的光谱及进光量可以得知系外行星的大气层成份,这也是詹姆斯韦伯太空望远镜的目标之一,地球上的大气中含有甲烷,它们会自然地与氧气反应产生二氧化碳,但甲烷是透过生物体的化学反应来维持的,从另一个角度看,如果二十四亿年前的「大氧化事件」,光合作用生物没有把氧气从二氧化碳中释放出来,大气层中的氧气含量将会低到不可思议。

研究中认为,在比地球更大的世界里,「超级地球」的大气层主要是由原始的氢构成的,虽然氢是所有分子中最轻的,但只要一颗「超级地球」有足够强的重力场,就可以维持住,这些氢气可能是形成行星时在附近所捕获的气体,也可能是后来铁和水间的化学反应中释出的,此外,以氢为主的大气层厚度会比以氮为主的大十四倍,使它更容易在光谱数据中被发现。

研究作者进行了生物实验,证明了大肠杆菌及各种醏母聪可以在完全没有氧气的氢气环境中存活及繁殖,虽然速度比较慢,但都是能够做到的,而且不仅是普通的生活,其中大肠杆菌在氢环境下可以产生几十种多样性的不同气体,这些气体中的许多物质如:二甲基硫化物、异戊二烯等「生物特征」,这也提高了我们识别系外行星生命现象的机会。

虽然氢的代谢过程比使用氧的代谢过程效率更低,然而,以天文生物学的观点,利用氢的生命已经是一个确定的概念,甚至有一些高等智慧生命出现在科幻小说中,此外,浓度较高的氢分子可以成为一种温室气体,同样也能使行星的表面维持足够的温度容纳液态水。

本篇讨论中尚未考虑像木星这种气态巨行星生命的可能性,但是仅仅是如此,可能已经使我们能探测的天体数量增加了一倍以上。

【图:互联网;文:节录自台北市立天文科学教育馆网页】研究全文刊登在2020年5月4日出版的《自然-天文学》期刊

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