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或许不是没有,如果真的有地外生命,要确定它的存在,真的很难!

2020-02-14

可能有生命潜伏在其他行星上,但是被困在上面,我们怎么能确定生命的存在呢?一个好的想法是,在其他行星世界上寻找已知我们所知生命关键成分的化合物。检测到这些所谓的生物特征信息,即已知由活有机体产生的化合物,将是某星球上可能含有生命的有力证据。但是,从如此遥远的行星中提取化学物质,并选择合适的化合物来寻找,是很复杂的。荷兰莱顿大学伊格纳斯·斯内伦(Ignas Snellen)教授一直在完善将最大地面望远镜的数据与高对比度成像相结合的技术。

这些成像可以揭示行星等微弱天体,望远镜使用高精度的光谱学来检查它们从太空探测到的不同波长的光,也就是尽可能地过滤掉实际的星光,使能从系外行星获得的任何信息都可见。通过检查透过行星大气层并到达地球上的光,就有可能得出存在的气体类型。虽然望远镜还不够大,不足以检查地球大小的行星光谱,但科学家们正在探索更大的系外行星,即在所谓的热木星上磨练该方法,这些行星太热了,无法支持我们所知的生命。这些是气态巨型系外行星,轨道非常接近它们的母星。


系外行星系统


事实上,它们如此接近以至于潮汐锁定,就像地球的月球一样,系外行星在围绕其恒星的每一轨道上只旋转一次。由于这些行星的一边总是在光明中,另一边总是在黑暗中,光明的一面变得如此炎热,以至于大气可以沸腾,创造出一股物质从行星上流出的风,有点像彗星的尾巴。在EXOPLANETBIO项目中,斯内伦教授和研究团队首次使用高精度光谱技术,利用地基望远镜确认热木星大气中氦的含量,这可以揭示这一过程的进展情况。

对于这些热木星来说,这是一个突破,这些类型的外星层尾巴是已知的,但它们很难被观察到,因为只有通过探测氢才能看到它们,而氢是不能通过地球大气层探测到的,所以使用了哈勃太空望远镜。现在,有了更强的氦线,可以用望远镜从地面很好地做到这一点。了解热木星是否会从其大气层中渗出,以及可能需要多长时间,可以解释所有系外行星大气层是如何随着时间而变化的。这种大气逃逸过程现在不是很重要,但在太阳系的早期,它们是重要的,因为太阳要活跃得多。


系外行星的气候


使用这些新技术,研究团队还能够实现另一个第一,检测自转速率(行星自转的速度)和系外行星的轨道速度,热木星上的自旋速率通常相当低,因为它们通常是潮汐锁定,这可以揭示一些关于太阳系外行星上气候和相关天气的信息。当一颗行星自转较快时,它会得到像木星那样的带状结构,地球自转较慢,并且有一些带状结构,但它仍然主要由低压系统主导。现在,如果有一颗旋转更慢的热木星,就不会得到任何带状结构,而是会得到非常不同的天气系统。

经能够在这些行星大气中观察到高空的风,因为来自更热,永恒白天一侧的能量被旋转到更冷的夜晚一侧。明年将在欧洲南方天文台(ESO)甚大望远镜(Very Large Telescope)上联网的CRIRES(低温高分辨率红外光谱仪)仪器升级,将能够在较冷的行星上发现甲烷等化合物,如果在地球大小的行星中发现甲烷,那么甲烷可以是生命的一部分。天文学家们现在正在学习有一天可以应用于类地行星的方法,(ESO‘s)超大望远镜应该在2026年准备就绪,届时我们就可以开始探测类地行星了。


生命的迹象


然而,即使有来自岩石,地球大小行星的好样本,怎么知道一种化合物是否真的是生命的标志呢?瑞士伯尔尼大学教授凯文·亨(Kevin Heng)表示:地质学非常擅长制造看起来像生命的东西,比如甲烷。如果考虑到生物特征,它们必须满足各种条件,它们不能被地质模拟,它们必须在大气中长时间存在,这意味着它们非常稳定,或者以某种方式得到补充,而且它们必须是可检测到的。作为EXOKLEIN项目的一部分,亨教授正在研究这样的化合物;

比如氯甲烷和氨,是否可以在行星外的大气中持续足够长的时间来进行研究,方法是对围绕矮星的小行星进行建模。对于地球大小的行星来说,这是一个特别的挑战,因为它们的大气层可以随着时间的推移而改变。如果看一颗像木星…这样的行星,它们看起来有点像太阳。它们是由氢组成的,它们含有微量的金属元素等。根据这颗行星和这颗恒星之间的差异,天文学家们可以弄清楚它是如何形成的,它将保留它是如何形成的化石记录。

是对于较小的行星来说,大气层随着时间推移而发生了显著的变化,比如碳循环。研究藤椅花了8到10年的时间,研究如何使用为地球(系外行星)设计的气候模型,以及如何调整和修改它们。当仪器能够测量较小的行星时,这些模型将被用来为收集的数据提供潜在解释,以了解化合物是否真的是生物特征,或者可以解释为地质。非同寻常的特征需要非凡的证明标准,所以如果某件事与不需要生物学相一致,就会说没有生物学。

时还在为可能有更戏剧性命运的行星建模,对于围绕红色恒星的小行星来支持生命,它们需要有一个非常紧密的轨道,使它们像热木星一样潮汐锁定。这意味着夜面真的很冷,也许足够冷,大气中的气体会凝结成冰。所以,你会得到失控的凝结,没有大气层--大气层塌缩。这样的塌陷会让行星变得寒冷而没有生命,就像火星一样。虽然这项研究现在只是理论上的,但即将到来的任务,如欧洲航天局的Cheops卫星和NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜,应该会产生可以与理论相匹配的数据。


博科园|文:Ethan Bilby/Horizon

参考期刊《欧盟研究与创新》

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