生物印记：宇宙中生命的存在

生命信号

什么是生物印记？

生物印记是一种信号，暗示生命的存在或由生物体形成的特定化学物质。我们尚未识别出任何外星生物印记。

詹姆斯·韦伯太空望远镜与生物印记的探测

通过生物印记探测宇宙中的生命是天体生物学中一个迷人的领域。
2021年12月25日发射的 詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）具有探测生物印记的可能性。它配备了四个科学仪器，使其能够在红外波段观测系外行星及其大气层。这一波长范围对于寻找生物印记特别有吸引力，因为它可以探测可能由生物体产生的复杂有机分子。使用的观测技术是光谱学、光度学、偏振测量，所有这些都基于对行星发射或反射的光的分析。

詹姆斯·韦伯太空望远镜无法探测系外行星表面的生命痕迹。要探测系外行星表面的生命痕迹，需要直接观测行星，而不受大气层的干扰。这需要比JWST强大得多的望远镜。它只能观测其大气层。

然而，詹姆斯·韦伯太空望远镜能够观测系外行星大气中的直接和间接生物印记。

直接生物印记

定义与探测挑战

直接生物印记涉及复杂的有机分子的存在，如核酸、蛋白质和脂质、生物分子或活细胞。
直接生物印记由于系外行星比恒星小得多，光度较低，因此难以探测。系外行星的光与其宿主恒星的光混合在一起。这使得识别生物分子的特定光谱特征变得困难。

此外，系外行星的大气可能很复杂，一些生物印记可能与非生物过程混淆。例如，大气中氧气的存在可能与地球化学过程而非生物过程有关。最后，很难预测我们应该寻找哪些生物印记。

尽管难以探测，但直接生物印记将是生命无可辩驳的证据。由于这些挑战，科学家也依赖于间接技术，如系外行星大气的光谱分析。

间接生物印记

作为生命指示器的大气气体

间接生物印记涉及大气气体的存在，如氧气、臭氧、甲烷、磷化氢、二氧化硫、二氧化碳或水蒸气。这些气体可能由生物体产生。它们更容易探测，但也更加模糊。然而，这些痕迹可以为生命的存在提供有价值的线索，即使它们不能构成结论性证据。

• 地球大气中的氧气（O2）主要由植物的光合作用产生。在行星大气中检测到大量氧气可能表明存在光合作用生命。
• 臭氧（O3）是由氧气与紫外线相互作用产生的，可能表明活跃的生物过程。
• 甲烷（CH4）由某些类型的细菌产生。检测到显著水平的甲烷可能表明正在进行的生物过程。
• 磷化氢（PH3）是一种无机化合物，不含碳，但它是由有机物质（如腐烂的动物或植物物质）分解自然产生的。
• 二氧化硫（SO2）可能由某些生命形式排放，但也可能由火山排放，就像地球上一样。
• 二氧化碳（CO2）是生物体呼吸和分解的常见副产品。系外行星大气中高浓度的CO2可能表明生命的存在，然而火山活动也会产生CO2。
• 大气中的水蒸气（H2O）也是一个重要因素，因为水对已知的生命至关重要。

需要记住的要点

解读中的谨慎

虽然这些气体可能是间接生物印记，但它们的存在本身并不足以作为最终证据。归根结底，寻找生物印记需要非凡的证据来支持非凡的主张，正如美国科学家和天文学家卡尔·萨根（1934-1996）所说。