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没有氧气的系外行星生命能否存活?地球细菌能做到

2020-05-19 08:48 点击:20次 北京 发现 数据 mini 元素

新浪科技讯 北京时间5月19日消息,据国外媒体报道,在系外行星上,是否存在着呼吸氦和氢的外星生命?一项关于地球生命的新研究表明,这是可能的,这意味着我们在宇宙中寻找生命时,可能需要改变一下思路。我们不仅要关注那些可能充满氧气的行星,也要考虑一些大气组成似乎不适合生命的行星。

毫无疑问,氧气有利于生命的生存,毕竟这是我们在地球上赖以生存的气体。但是氧气在宇宙中并不常见,只占宇宙质量的0.1%。宇宙中更常见的是氢(92%)和氦(7%)。太阳系中体积最大的行星是木星,其大气中基本充满了氢和氦,只有少量其他素。像地球这样在大气中缺乏氢和氦的岩石行星,只在恒星系统中占很小的一部分。

在宇宙中氢和氦占主导地位的情况下,了解由这些元素组成的大气层是否能支持生命就很有意义。由麻省理工学院行星科学家萨拉·西格尔领导的研究团队试图寻找答案。他们选择了两种可以在无氧条件下生存的地球生物:大肠杆菌(一种存在于包括人类在内的许多动物肠道中的细菌);还有普通酵母,一种用于烤面包和酿造啤酒的真菌。

研究人员将这两种生物的活培养基放在几个不同的烧瓶里,用其他气体来代替普通空气。一组烧瓶中充满了纯氢气,另一组则充满纯氦气,第三组烧瓶作为对照,装的是正常空气。

每隔几个小时,研究人员就会取出一些大肠杆菌和酵母,以确定它们是否存活。报告称,这两种微生物在不同的气体中都能生存,而在空气中的存活状态最好。考虑到二者都是在地球上演化的,这一点也就不足为奇了。相比正常环境,大肠杆菌在充满空气的烧瓶中的生长速度慢了两倍,而酵母的生长速度也下降了2.5个数量级。

然而,这两种生物都能在纯氢和纯氦环境中存活的事实对天体生物学家带了重要启发,这一发现“为在不同的宜居星球上寻找更广泛的生命栖息地开辟了可能性”。大肠杆菌还会产生一系列代谢废物,或许可以将这些废物——包括氨、甲硫醇和一氧化二氮等——作为可能存在外星生命的生物特征。

那么,问题就变成了这项新研究将如何推进我们对其他行星上生命的探索。在很长一段时间里,天体生物学领域被认为是一个推测性的领域。在这个领域里,科学家们会考虑各种可能性,但没有任何数据来约束他们的想法。毕竟,我们从未观察到其他行星上的生命。直到最近几十年,天文学家才证实太阳系以外存在着围绕其他恒星的行星。

在探索系外行星的早期,天文学家只发现了类似于木星的气态巨行星,它们都非常靠近主恒星,被称为“热木星”。有一段时间,这些热木星似乎是最常见的系外行星类型,但这其实是一种误导。这些气体巨行星的发现,主要是因为它们在轨道运行时,其引力会导致母恒星发生摆动,而天文学家可以观察到这种摆动。在较窄轨道上运行的巨大行星会导致更大的摆动幅度,使它们更容易被探测到。

2009年,当开普勒太空望远镜发射升空时,情况又发生了改变。开普勒太空望远镜使用了一种新的方法来寻找系外行星。简单来说,在观察遥远恒星时,开普勒望远镜会寻找行星从母恒星前面经过时投下的影子。开普勒望远镜于2018年底停止运行,但在近十年的时间里,它发现了2600多颗系外行星。这些行星的特征各不相同,其中也有许多是热木星。

然而,开普勒太空望远镜无法在这些星球上寻找生命。首先,它发现的许多行星都离地球很远,因此很难拍摄到它们的大气层;其次,它没有装载观测这些行星大气层的仪器。现在,第一个问题正在由凌日系外行星勘测卫星(TESS)解决。该卫星于2018年初发射,使用与开普勒望远镜相同的技术来勘测邻近的恒星,寻找类地行星。

观察系外行星的大气需要比开普勒望远镜或TESS更强大的望远镜。天文学家第一次观测到太阳系外行星的大气层是在2001年。研究人员使用哈勃太空望远镜观察了一颗名为HD 20945的恒星。当一颗行星穿过该恒星前方时,哈勃望远镜的仪器观测到了钠释放出的光。天文学家对此解释称,这是悬浮在行星大气中的钠。2008年的另一项研究也揭示这颗行星被氢气所包围。

当然,这也正是麻省理工学院最近这项研究如此有趣的原因。天文学家已经知道,木星的大气主要由氢和氦组成,而他们又观察到一颗围绕着遥远恒星运行的行星周围存在充满氢的大气。研究人员表示,地球上的生命可以存在于纯氢或纯氦的环境中,在这一新发现的基础上,天体生物学家应当对被氢气包裹的行星进行光谱分析,并密切关注具有这种大气层的岩石行星。

对于每一个对外星生命感兴趣的人来说,未来充满了希望。TESS天文台正忙于寻找邻近的系外行星,而根据美国国家航空航天局(NASA)的计划,备受期待的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)将在2021年发射。该望远镜旨在取代大获成功的哈勃望远镜。天文学家希望利用JWST扫描已知的系外行星,寻找生命的迹象。现在,天体生物学家肯定会把被氢气包围的行星也列入探索名单。(任天)

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