我们最终找到的外星人,可能会很难闻
933字
2019-11-20 16:57
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火星译客

想象一下,在某个遥远但有人居住的星球上,一位外星天体物理学家正试图找出地球是否有人居住。如果它们在过去的100年不断的探索,就会找到发现几条有力证据:无线电信号、电视广播、诸如氟氯烃或氟氯化碳等人造化学品的排放。

但在此前数十亿年里的地球上的生命中,我们并不显眼。有趣的是,这位外星天体物理学家本可以在我们的大气中检测到氧气,可这却并不是生命的必经之路。氧和甲烷的结合更可能说明有人居住,但因为这两种气体都可能是假阳性的,也可能会是地球化学或大气过程的结果。

更大的问题是:外星人并不清楚自己要找什么。或许他们会在地球发现氧气的存在,但如果它们本身并不需要依赖氧气存活,他们也就不会联想到我们的存在。想要彻底完成这项工作的话,那么在他们发现所有大气层的气体、不同的海拔高度,纬度和经度,并分析清楚每种气体是如何与我们的生物圈环境相适应的之前是没有时间休息的。

如果我们想找到外星生命,我们同样要做这些事情。

成千上万种不同的气体可能就是整个银河系存在生命的证据。有些气体可能像氧一样大量存在,但却没有生命存在。有些气体只能由生物制成,但需要大量的能量才能形成,因此它们很可能只有非常小的数量存在。这些稀有气体中我最喜欢的是磷化氢。磷化氢是一种迷人而可怕的分子,它具有多种致死方式,这与它干扰氧的谢有关。对于好氧生命来说,磷化氢是一种散发着恶臭味并且带有剧毒的分子。

但在地球上的大部分生命史上,我们的星球是缺氧的。在大约24亿年前的大氧化事件发生之前,生物不需要氧气也能健康成长。不过,气味很难闻。缺氧环境依然存在:沼泽、以及人、企鹅、鱼类和许多其他动物的肠道。在这些地方生存的厌氧生物,会产生大量的磷化氢。它们散发着恶臭的气味,并在恶臭的环境中生存。在其他行星,也许磷化氢就是存在厌氧生命的信号。

我们所知道的生命可能仅仅是广阔的生物学群岛中的一个。我们的银河系中有各种各样的恒星,绕它们运行的是各种行星。单是地球就产生了数十亿个物种。因此,认为生命本身可以以一系列意料之外的形式出现并不算是一个飞跃,它们在大气中充满了磷化氢等奇怪的分子。因此,认为生命本身可以以各种意想不到的形式出现,这是一个很大的飞跃,这些意想不到的形式诸如磷化氢之类的奇怪分子充满了大气。有一天,我们可能会在其中一种环境中检测到磷化氢。这种对我们来说不适合生存的地方。坦白的说,外星物种生存环境可能会令我们感到恶心。另一方面,这些星球的居民也可能会让我们感到不适(需要克服行星际外交的问题)。但是,如果我们在可居住区域的岩石行星上发现磷化氢,且不是假阳性,那么我们也许会找到外星生命。

为了在数千种气体组成的大气中找到磷化氢或者生命可能会释放到大气中的某一种气体,我们需要用到光谱。一种可以通过行星发出的光芒检测其中的分子的仪器。目前,我们只能识别4%的生物气体,无法探测到潜在的外星生物圈中的任何剩余分子。

我正在努力尽快获取这些丢失的光谱,但这很困难。实验不仅非常昂贵,通常还很危险,而且很难推断出特殊的环境。理论模拟是一个不错的选择,但也需要大量的工作和巨大的计算机功能。仅获得磷化氢的光谱就费了四年的时间。之后需要花费大约60,000年的时间才能对无光谱的数千种生物特征重复该过程。

我们投入了大量的时间和金钱来改进望远镜并选择最佳的行星目标,但我们忘记了我们可能还没有准备好解释从这些外星大气中获得的令人难以置信的数据。我们仍然缺乏基本知识,其中最重要的是我们对生物特征气体及其光谱的理解。

在寻找生命中,我主要关心的不是我们是否会找到生命;而是寻找生命。就是说,当我们这样做时,我们将没有识别它的工具。作为我自己的外星天体物理学家,我自己对膦的研究告诉我,正是这些分子将成为寻找外星生命的关键。

我相信,一旦发现外星人,他们闻起来很可怕的机会很大。科学界应该关注它。

本文基于作者的文章(例如Sousa-Silva等人,Astrobiology,2020; Sousa-Silva等人,PCCP,2019; Sousa-Silva等人,MNRAS,2014),以及与Janusz Petkowski,William合作贝恩斯(Bains),萨拉·西格(Sara Seager),苏克里·兰詹(Sukrit Ranjan),谢尔盖·尤尔琴科(Sergey Yurchenko)和乔纳森·坦尼森(Jonathan Tennyson)。

所表达的观点是作者的观点,不一定是《科学美国人》的观点。

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