The Search for Life Outside the Solar System
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1995年，人类发现了第一颗太阳系外的行星。从那时起，随着技术的改进和工具的完善，已经有超过5000颗系外行星得到确认，另有10000颗候选行星等待确认。对于其中一些系外行星，天文学家实际上可以研究它们的大气层，并寻找生命迹象。

在本期《无处不在的日常》节目中，我们将深入了解寻找太阳系外生命的探索，以及天文学家究竟在寻找什么以及原因。音乐

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如果我们想在太阳系的其它地方寻找甚至简单的微生物生命，我们可以发射探测器和着陆器进行测试，甚至将样本送回地球。这个过程需要数年时间，可能花费数亿美元，但这完全是可行的。当我们有决心和预算发射探测器时，我们在星际探测方面有着相当不错的记录。在太阳系中寻找生命，无论是在火星上还是在木星的卫星上，都是可能的。

在本期节目中，我想关注另一件事，即太阳系外生命。寻找太阳系外生命是一个完全不同的问题。我们无法向其他恒星系统发射探测器，至少以我们目前的科技水平还无法做到。我们发射的最远的探测器是“旅行者1号”。它于1977年发射，距离太阳约167个天文单位。

或15,523,620,000英里，或约250亿公里（截至本期节目录制时）。假设“旅行者1号”指向距离太阳最近的恒星比邻星，它还需要75000年才能到达那里。因此，假设我们将来要向其他恒星发射探测器以寻找生命，这将需要我们尚未开发的一系列技术。

由于这些巨大的距离，寻找太阳系外生命需要与寻找太阳系内生命不同的技术。20世纪90年代，人们通过探测恒星光线的摆动和轻微变暗来发现第一批系外行星，这是由于行星经过恒星前方造成的。这项技术除了行星的质量和轨道之外，无法告诉我们太多关于系外行星的信息。

但这信息并非毫无用处。如果一颗行星离它的恒星太近，我们可以计算出它的大致表面温度。如果太热，那么肯定没有什么东西能够在那里生存。同样，如果它离得太远，它就会被冻结，可能什么也无法生存。所有这些早期发现的行星都非常巨大，事实上，它们之所以能够被观测到，是因为它们的质量很大，否则它们对恒星的影响不足以让我们注意到。

然而，技术得到了改进，主要是因为建造了更强大的望远镜，例如詹姆斯·韦伯望远镜。现在可以观测系外行星大气层中的光线了。天文学家主要通过一种称为光谱的技术来分析系外行星的大气层，利用太空和地面望远镜来研究光与行星大气层相互作用的方式。

这种方法的基本原理在于，大气中的分子会在特定波长下吸收和发射光线，产生可以被探测和分析的光谱特征。最有效的方法之一是凌日光谱。当系外行星从我们的角度经过其宿主恒星前方时，就会发生这种情况，这种现象称为凌日。

在凌日过程中，一小部分星光会在到达地球之前穿过行星大气层的上层薄层。大气中的分子和原子会吸收特定波长的星光，在星光谱上留下吸收线。通过将凌日过程中恒星的光谱与行星不在恒星前方时的光谱进行比较，天文学家可以分离出由行星大气层引起的光谱特征。

这使他们能够推断出存在哪些气体。这是一种比最初发现系外行星时更为复杂的方法。起初，他们只是测量光线变暗的程度。现在他们可以观察光线实际上是由什么组成的。当行星经过恒星后方时，会使用一种类似的技术，称为发射或二次掩食光谱。

通过观察掩食前恒星和行星的组合光线，并将其与掩食期间恒星单独的光线进行比较，天文学家可以减去星光，获得行星的热发射或反射光光谱。这种方法可以深入了解行星日侧大气层的温度结构和成分。

另一种强大的方法是直接成像光谱，尽管它更加困难，而且只适用于少数远离恒星、相对年轻且炽热的系外行星。在这种技术中，天文学家使用日冕仪或星影仪来阻挡宿主恒星的明亮光线，并直接捕捉来自行星的微弱光线。

所有这些方法都依赖于特定分子的吸收和发射特性，这些特性会在光谱上留下独特的印记。通过将观测到的光谱与大气化学模型进行比较，科学家不仅可以推断出哪些分子存在，还可以推断出它们的相对丰度、温度梯度和压力分布。

这些观测极具挑战性。系外行星大气层发出的信号通常不到宿主恒星光线的万分之一。仪器必须极其灵敏且经过仔细校准，天文学家必须校正地球大气层和其他噪声源的干扰。这就是天文学家如何获取数据的方式。这是一种非常复杂的光线分析方法。

所以下一个问题是，他们究竟在寻找什么？仅仅通过分析大气成分，你如何判断另一颗行星上是否存在生命？有一些正在寻找的生物特征可能表明存在生命。我应该指出，他们寻找的一切都是基于我们对地球生命的了解。我们只有一个数据点，

我们知道基于碳-DNA的生命在地球上非常繁荣，但我们不知道其他形式的生命是否可能存在于其他地方。最大的生命迹象之一就是氧气的存在。在地球上，大部分氧气是由光合生物产生的，例如植物、藻类和蓝细菌。

这些生物吸收二氧化碳和水，利用阳光作为能量，将它们转化为糖类，并释放氧气作为副产品。这个过程是地球大气中游离氧的主要来源，地球大气约由21%的氧分子组成。随着时间的推移，氧气会与几乎所有未被氧化的暴露表面结合。随着地质时期缓慢形成新的岩石，它将被氧化。

如果地球上的所有生命明天都消失，大约200万年后，大气中约99%的氧气就会消失。在宇宙的时间尺度上，这并不算很长。此外，如果生命从未进化，大气中就不会有太多的氧气。因此，在系外行星上发现氧气将被认为是一个巨大的生物标志物。

现在，话虽如此，氧气并不是一个万无一失的生物标志物。已知在适当条件下，非生物或非生物过程可以产生氧气。例如，来自恒星的紫外线可以通过称为光解离的过程分解行星高层大气中的水分子，释放出氢气和氧气。

如果氢气逃逸到太空（在引力较弱的小行星上更可能发生），则氧气可能会残留下来，并可能在大气中积累。从理论上讲，某些地质和化学过程也可能导致氧气积聚。甲烷被认为是研究系外行星时的一种潜在生物标志物，因为地球上大部分大气甲烷是由生物过程产生的。

具体来说，它是产甲烷微生物产生的，这些微生物在缺氧环境中茁壮成长，例如湿地、动物肠道和深海热液喷口。这些微生物厌氧分解有机物，并释放甲烷作为代谢副产物。然而，甲烷并非绝对是生物性的，这使得将其解释为生物标志物变得复杂。一些已知的非生物或非生物过程也可以产生甲烷。

但是，如果甲烷处于化学非平衡状态，例如与氧气共存，则其作为生物标志物的意义会大大增加。在地球上，氧气和甲烷应该迅速相互反应并消失。因此，持续存在意味着来自相反来源（通常是生物来源）的持续补充。

还有一些生物标志物可能更好，这让我有了制作本期节目的动力。就在本期节目播出几天前，研究人员宣布他们在系外行星K2-18b上发现了非常有趣的东西。K2-18b围绕着K2-18恒星运行，这颗恒星位于狮子座区域，距离地球约120光年。它于2015年由开普勒太空望远镜发现。

它的半径约为地球的2.6倍，位于恒星的宜居带内。它接收到的光线与地球从太阳接收到的光线大致相同。2019年，在其大气层中发现了水，这当然是一个非常有希望的生物标志物。2023年，在该行星的大气层中发现了二氧化碳和甲烷。同样，这两种物质也可能存在于我们太阳系中没有生命的行星上。

然而，2025年的公告可能是迄今为止最大的公告，不仅对于K2-18b，而且对于任何已发现的系外行星而言。他们发现了二甲基硫的证据。为什么二甲基硫很重要？地球上已知二甲基硫是专门由生物过程产生的，特别是海洋中的浮游植物。

其潜在的探测结果并非生命存在的决定性证据，但它是一种激发科学兴趣的生化迹象，因为没有已知的非生物过程会产生大量二甲基硫。

二甲基硫的特定结构（一个分子，其中两个甲基与一个硫原子键合）并不是在没有生物催化剂的情况下，在高压或高温环境中通过热力学有利的反应通常会产生的东西。在实验室环境中，如果不使用有机前体，很难制造二甲基硫。同样，正如我们不知道其他行星上的生物过程是否会与地球上的相同一样，

其他行星上的地质过程也可能不同，它们也可能产生二甲基硫。话虽如此，让研究人员兴奋的不仅仅是二甲基硫本身。事实上，这颗行星位于宜居带，其大气层中含有水和甲烷，并且含有二甲基硫。这四个重要的生命“宾果”方块都被选中了。

这是一个令人兴奋的前景，但我们仍然有很多不知道的事情。研究人员可能会多年来争论K2-18b。既然它成为一个有争议的话题，为了收集更多数据，可能会对这颗行星进行更多观测。鉴于已经发现了数千颗系外行星，以及还有数万甚至数十万颗系外行星有待发现，K2-18b可能只是许多可能孕育生命的系外行星中的第一颗。

如果将来有一天我们开发出能够访问距离地球光年之外的恒星系统的技术，我们选择的目的地可能是在21世纪初我们的一生中首次发现的数据所决定的。节目《无处不在的日常》的执行制片人是查尔斯·丹尼尔。副制片人是奥斯汀·奥肯和卡梅伦·基弗。

今天的评论来自美国苹果播客上的听众D. Dean。他们写道：“我最喜欢的两个播客之一。真巧。就在昨天，我一直在研究钯，尤其是用于珠宝的钯。所以，今天早上当我点击《无处不在的日常》来获取我的日常知识和见解时，我感到非常惊喜。

第1742集全部是关于钯、铂和铑的。我非常喜欢听加里讲述这些金属及其益处的独特信息。感谢加里，感谢你提供的各种主题、详尽的研究以及你给我们提供的关于无处不在的一切的可理解的小知识。你帮助我成为了一名终身学习者。祝福你。”好吧，谢谢，Dedean。这是另一个无处不在的巧合。如果节目足够多，听众也足够多，它们几乎会一直出现。

记住，如果您留下评论或给我发送boostagram，您也可以在节目中听到它。