在系外行星上，是否存在著呼吸氦和氫的外星生命?一項(xiàng)關(guān)于地球生命的新研究表明，這是可能的，這意味著我們?cè)谟钪嬷袑ふ疑鼤r(shí)，可能需要改變一下思路。我們不僅要關(guān)注那些可能充滿氧氣的行星，也要考慮一些大氣組成似乎不適合生命的行星。

毫無疑問，氧氣有利于生命的生存，畢竟這是我們?cè)诘厍蛏腺囈陨娴臍怏w。但是氧氣在宇宙中并不常見，只占宇宙質(zhì)量的0.1%。宇宙中更常見的是氫(92%)和氦(7%)。太陽系中體積最大的行星是木星，其大氣中基本充滿了氫和氦，只有少量其他元素。像地球這樣在大氣中缺乏氫和氦的巖石行星，只在恒星系統(tǒng)中占很小的一部分。

在宇宙中氫和氦占主導(dǎo)地位的情況下，了解由這些元素組成的大氣層是否能支持生命就很有意義。由麻省理工學(xué)院行星科學(xué)家薩拉·西格爾領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)試圖尋找答案。他們選擇了兩種可以在無氧條件下生存的地球生物：大腸桿菌(一種存在于包括人類在內(nèi)的許多動(dòng)物腸道中的細(xì)菌);還有普通酵母，一種用于烤面包和釀造啤酒的真菌。

研究人員將這兩種生物的活培養(yǎng)基放在幾個(gè)不同的燒瓶里，用其他氣體來代替普通空氣。一組燒瓶中充滿了純氫氣，另一組則充滿純氦氣，第三組燒瓶作為對(duì)照，裝的是正?？諝?。

每隔幾個(gè)小時(shí)，研究人員就會(huì)取出一些大腸桿菌和酵母，以確定它們是否存活。報(bào)告稱，這兩種微生物在不同的氣體中都能生存，而在空氣中的存活狀態(tài)最好?？紤]到二者都是在地球上演化的，這一點(diǎn)也就不足為奇了。相比正常環(huán)境，大腸桿菌在充滿空氣的燒瓶中的生長(zhǎng)速度慢了兩倍，而酵母的生長(zhǎng)速度也下降了2.5個(gè)數(shù)量級(jí)。

然而，這兩種生物都能在純氫和純氦環(huán)境中存活的事實(shí)對(duì)天體生物學(xué)家?guī)Я酥匾獑l(fā)，這一發(fā)現(xiàn)“為在不同的宜居星球上尋找更廣泛的生命棲息地開辟了可能性”。大腸桿菌還會(huì)產(chǎn)生一系列代謝廢物，或許可以將這些廢物——包括氨、甲硫醇和一氧化二氮等——作為可能存在外星生命的生物特征。

那么，問題就變成了這項(xiàng)新研究將如何推進(jìn)我們對(duì)其他行星上生命的探索。在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，天體生物學(xué)領(lǐng)域被認(rèn)為是一個(gè)推測(cè)性的領(lǐng)域。在這個(gè)領(lǐng)域里，科學(xué)家們會(huì)考慮各種可能性，但沒有任何數(shù)據(jù)來約束他們的想法。畢竟，我們從未觀察到其他行星上的生命。直到最近幾十年，天文學(xué)家才證實(shí)太陽系以外存在著圍繞其他恒星的行星。

在探索系外行星的早期，天文學(xué)家只發(fā)現(xiàn)了類似于木星的氣態(tài)巨行星，它們都非?？拷骱阈?，被稱為“熱木星”。有一段時(shí)間，這些熱木星似乎是最常見的系外行星類型，但這其實(shí)是一種誤導(dǎo)。這些氣體巨行星的發(fā)現(xiàn)，主要是因?yàn)樗鼈冊(cè)谲壍肋\(yùn)行時(shí)，其引力會(huì)導(dǎo)致母恒星發(fā)生擺動(dòng)，而天文學(xué)家可以觀察到這種擺動(dòng)。在較窄軌道上運(yùn)行的巨大行星會(huì)導(dǎo)致更大的擺動(dòng)幅度，使它們更容易被探測(cè)到。

2009年，當(dāng)開普勒太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)射升空時(shí)，情況又發(fā)生了改變。開普勒太空望遠(yuǎn)鏡使用了一種新的方法來尋找系外行星。簡(jiǎn)單來說，在觀察遙遠(yuǎn)恒星時(shí)，開普勒望遠(yuǎn)鏡會(huì)尋找行星從母恒星前面經(jīng)過時(shí)投下的影子。開普勒望遠(yuǎn)鏡于2018年底停止運(yùn)行，但在近十年的時(shí)間里，它發(fā)現(xiàn)了2600多顆系外行星。這些行星的特征各不相同，其中也有許多是熱木星。

然而，開普勒太空望遠(yuǎn)鏡無法在這些星球上尋找生命。首先，它發(fā)現(xiàn)的許多行星都離地球很遠(yuǎn)，因此很難拍攝到它們的大氣層;其次，它沒有裝載觀測(cè)這些行星大氣層的儀器?，F(xiàn)在，第一個(gè)問題正在由凌日系外行星勘測(cè)衛(wèi)星(TESS)解決。該衛(wèi)星于2018年初發(fā)射，使用與開普勒望遠(yuǎn)鏡相同的技術(shù)來勘測(cè)鄰近的恒星，尋找類地行星。

觀察系外行星的大氣需要比開普勒望遠(yuǎn)鏡或TESS更強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡。天文學(xué)家第一次觀測(cè)到太陽系外行星的大氣層是在2001年。研究人員使用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀察了一顆名為HD 20945的恒星。當(dāng)一顆行星穿過該恒星前方時(shí)，哈勃望遠(yuǎn)鏡的儀器觀測(cè)到了鈉釋放出的光。天文學(xué)家對(duì)此解釋稱，這是懸浮在行星大氣中的鈉。2008年的另一項(xiàng)研究也揭示這顆行星被氫氣所包圍。

當(dāng)然，這也正是麻省理工學(xué)院最近這項(xiàng)研究如此有趣的原因。天文學(xué)家已經(jīng)知道，木星的大氣主要由氫和氦組成，而他們又觀察到一顆圍繞著遙遠(yuǎn)恒星運(yùn)行的行星周圍存在充滿氫的大氣。研究人員表示，地球上的生命可以存在于純氫或純氦的環(huán)境中，在這一新發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，天體生物學(xué)家應(yīng)當(dāng)對(duì)被氫氣包裹的行星進(jìn)行光譜分析，并密切關(guān)注具有這種大氣層的巖石行星。

對(duì)于每一個(gè)對(duì)外星生命感興趣的人來說，未來充滿了希望。TESS天文臺(tái)正忙于尋找鄰近的系外行星，而根據(jù)美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)的計(jì)劃，備受期待的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)將在2021年發(fā)射。該望遠(yuǎn)鏡旨在取代大獲成功的哈勃望遠(yuǎn)鏡。天文學(xué)家希望利用JWST掃描已知的系外行星，尋找生命的跡象。現(xiàn)在，天體生物學(xué)家肯定會(huì)把被氫氣包圍的行星也列入探索名單。