我們應(yīng)當(dāng)將系外行星的云層視為潛在的生命棲息地。

系外行星GJ9237d想象圖，這顆行星擁有泛著粉色的大氣。

NASA / ESA / Leah Hustak / Ralf Crawford

卡薩·薩根曾經(jīng)幻想木星云層中存在漂浮移動(dòng)的“下沉者（Sinkers）”、“漂浮者（Floaters）”和“掠食者（Hunters）”。而近日以康奈爾（Cornell）大學(xué)莉吉婭·科埃略（Ligia Coelho）為首的一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)指出，在尋找外星生命的行動(dòng)中，我們確實(shí)應(yīng)當(dāng)將云層視為潛在的生命棲息地。

想象中生活在木星上的“下沉者”、“漂浮者”和“掠食者”。

Adolf Schaller

“漂浮者”。

Adolf Schaller

一群“漂浮者”。

Adolf Schaller

“掠食者”。

Adolf Schaller

在系外行星上尋找外星生命的方法目前主要有兩種。一是探測(cè)行星大氣層中的特定氣體，比如氧或甲烷；一是分析行星的光譜數(shù)據(jù)——尤其是當(dāng)行星表面存在綠色植被時(shí)，光譜中會(huì)出現(xiàn)特殊的“紅邊”現(xiàn)象。但是天體生物學(xué)家通常會(huì)忽略行星大氣中的云層，因?yàn)樗鼤?huì)阻礙人們使用上述兩種方法進(jìn)行探測(cè)。

但云層卻也有可能是生命的棲息地。地球高層大氣中存在著多種微生物，比如純潔桿菌（Modestobacter）、玫瑰單胞菌（Roseomonas）和微球菌（Micrococcus）等。它們生活在距離地面21000至29000千米的高度。為了能夠承受紫外輻射，它們會(huì)分泌大量色素，這使它們能夠呈現(xiàn)出極其鮮艷的顏色，比如粉色和黃色。

在光譜學(xué)中，鮮艷的顏色是最容易被檢測(cè)到的。研究人員培養(yǎng)了這些從大氣中分離出來(lái)的微生物，并在“濕潤(rùn)”和“干燥”兩種狀態(tài)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)它們產(chǎn)生的色素進(jìn)行分析。使用這種方法獲得的數(shù)據(jù)，在本質(zhì)上與太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)系外行星時(shí)獲得的數(shù)據(jù)類(lèi)似。

根據(jù)這些數(shù)據(jù)，研究人員使用系外行星光譜模擬軟件，建立了多種類(lèi)地行星模型。其中包括“雪球世界”和“海洋世界”——二者都擁有大量的水，但前者大氣極其干燥，而后者陸地稀少。研究人員將攜帶有各種微生物群落的云層加入到這些行星的大氣中，然后對(duì)這些行星在各種情形下的光譜輸出特點(diǎn)進(jìn)行了觀察。

結(jié)果顯示，在“濕潤(rùn)”環(huán)境下，行星大氣的譜線特征鮮明且清晰可辨；而“干燥”環(huán)境下行星大氣的整體反射率更高。但與云中完全沒(méi)有微生物的情形相比，二者都有明顯差異。微生物的數(shù)量會(huì)對(duì)光譜特征的顯著與否產(chǎn)生巨大影響，云量的多少卻與其沒(méi)有多少關(guān)聯(lián)。模擬中，要使特征可供辨識(shí)，微生物必須占據(jù)行星云層的至少50%。

50%是個(gè)相當(dāng)高的比例，卻還遠(yuǎn)不及地球的水平。因此至少在理論上，我們能夠在外星云層中探測(cè)到這些生物的光譜特征，只是這些云層所包含的生物比例必須相當(dāng)高。

研究人員稱，最重要的是，該研究為人們提供了一個(gè)生命光譜特征的數(shù)據(jù)庫(kù)，可供未來(lái)觀測(cè)時(shí)參考。

參考

How to spot life in the clouds on other worlds

https://astro.cornell.edu/news/how-spot-life-clouds-other-worlds

Colors of Life in the Clouds: Biopigments of Atmospheric Microorganisms as a New Signature to Detect Life on Planets like Earth

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae129a