来探测距离地球数万亿英里远生命的关键

发现我们太阳系以外的生命需要了解它的宿主行星。

13.8 — SEPTEMBER 5, 2024

Adam Frank

Credit: Tatyana / Adobe Stock

关键要点

•科学家最近在火星表面之下深处发现了水，引发关于生命的地球以外潜在新问题。

•天体生物学家正越发集中在一颗行星的结构多决定在该世界上生命的进化是可能的。

•了解像板块构造和磁场一样“行星的背景”对解释发信跨宇宙的生命的可能性是至关重要的。

8月，科学家宣布了他们已经在火星上发现了一整个多的水。用被用于探测地球的内部相同的地震技术，研究人员发现了足够的地下水以一英里深的海洋覆盖这颗红色星球的证据。但在任何人开始庆祝我们的在火星上潮湿未来之前也有一个坏消息：所有的那个水被隐藏在火星表面以下12到40英里。反思在这个好消息（和坏消息）上使我思考关于寻找太阳系以外远处的生命以及它如何也一定以隐藏的可能性抗争的。

当到在一个许多光年远的系外行星上发现生命时，我们天体生物学家需要来深入思考生命的行星背景变得清楚的。

生物签名

正如我之前涵盖过的，“生物签名”是用望远镜发现生命的焦点。一个生物签名是从一颗系外行星接收的光中生命的印记。这真的意味的是我们将不会得到外星植物或动物的个别例子的图片。相反，我们将探测生命的为一个集体的证据。生物签名将是生物圈的证据。它们将是在一个外星世界上的生命总和如何已经改变了这个世界的证据。这些变化也一定是如此强大的能被在数万亿英里的星际空间上检测到。

探测在一颗系外行星的大气层中的氧是一个经常被引用的一个良好生物签名的例子。地球的大气层中的所有氧都是光合生物要去关于它们的代谢事业的直接结果。没有光合生命作为一个整体，我们将不会有大气的氧气。正是这种联系是把氧气放在潜在的生物签名列表上高地方的。

假阳性

然而，以这个系列究因有一个问题。总有一些与生命没有什么要做的“非生物”过程也可能产生我们正在寻找的签名的可能性。天体生物学家叫这个为一个“假阳性”。有一段时间，天文学家确信在一个大气层中高水平的氧气一定来自生命。然后，他们发现了这种气体可以从纯粹的地球物理机制积聚的几种方式（例如，来自太阳的光将H2O分子分裂开）。假阳性的可能性意味着天文学家在他们声称成功检测到生命之前必须远更深入挖掘潜在的生物签名检测。这就是行星背景进来的地方。

行星有它们自己的一道与生命发生的进化过程。随天体生物学成熟，它开始来严肃的对待这些过程。我们要问的问题是直接的：一颗行星的结构如何决定在该世界上生命的进化的可能性？换句话说，为理解是否和生命如何可能形成和在它之上进化这颗行星如何创造一个环境？

 板块构造

举个具体的例子，让我们考虑板块构造。一个世界的表面条件被深深联系到在表面之下正在发生的。在地球上，叫地壳的最上层约20英里深被分解成分明的板块。地壳下层的地幔的循环携带着这些板块。随板块移动，它们在地球上的某些地方碰撞或者在其他地方彼此滑动。

为什么这要紧呢？许多科学家相信来自板块构造的活生生的重新地表可能对地球上复杂生命的进化一直是至关重要的。甚至更重要的是，来自这些移动板块的火山活动可能一直是数十亿年保持了地球对生命是适居的。当我们认识到地球是我们太阳系中唯一有活跃板块构造的行星时对天体生物学的联系来到。这意味着我们可能期望银河系中的许多世界是没有移动的地壳板块的。这些世界然后就不是发展强大的生物圈和生物签名的好候选者。因此，知道一颗行星是否有过板块构造在评估是否一个发现的生物签名是真的还是一个假阳性中变成重要的背景信息。也有其他我们能寻找的潜在的行星环境，比如磁场的存在。

但获得行星背景的指标不会是容易的。我们不太可能看到横跨100光年的板块构造的直接证据。但随着我们更好建模行星的内部，我们可能能够用一个高的发展像板块构造或磁场一样东西的可能性约束那些。最重要的是，我们可能能够将这些模型联系到我们能做的测量，例如一颗行星的密度或它的大气层中化合物的种类。

在行星科学和天体生物学的边界这些领域中的进步正开始加速。我在原子压力物质中心的工作正通过用巨大激光来了解物质如何在一个行星深处发现的压力下行为追求刚好的这些路径。这将用建模帮助我们和其他人正在做的。希望是到天文学家开始获得需要识别生物签名的高质量数据时，我们也能更好识别给我们行星背景的特征。

我们将不能够用望远镜做出那种美国宇航局窥探火星地下水得到的测量。但甚至跨数万亿英里，我们也可能来足够了解关于什么躺在一颗行星表面下来帮助我们了解其上躺着生命。

https://bigthink.com/13-8/the-key-to-detecting-life-trillions-of-miles-away-from-earth/