用一氧化碳探測器，能“顯示”外星生命的存在？

我們家裏的一氧化碳探測器警告說，這種無色無味的氣體正在危險地積聚，通常把它與死亡聯繫在一起。天文學家們也普遍認爲，一顆行星大氣中一氧化碳的積累將是毫無生氣的必然跡象。現在，加州大學河濱分校(UC riversi德)領導的一個研究小組提出了相反觀點：天空中的一氧化碳探測器實際上可能會提醒我們注意一個遙遠的外星世界，那裏充滿了簡單的生命形式。該研究的主要作者、加州大學洛杉磯分校地球科學系NASA博士後項目研究員愛德華施威特曼(Edward Schwieterman)說：隨着詹姆斯韋伯太空望遠鏡兩年後的發射，天文學家將能夠分析一些岩石系外行星的大氣層。

博科園-科學科普：忽視有生命居住的外星世界將是一種恥辱，因爲我們沒有考慮到所有可能性。在2019年3月19日發表在《天體物理學》期刊上的一項研究中，Schwieterman團隊利用生物圈和大氣中的化學計算機模型，確定了兩種有趣的場景，其中一氧化碳很容易在“活着”的行星大氣中積聚。在第一個場景中，研究小組在我們星球的遙遠過去找到了答案。在現代富氧的地球上，一氧化碳無法積聚，因爲大氣中的化學反應很快就會破壞這種氣體。但是30億年前，世界是一個非常不同的地方。海洋中已經充滿了微生物，但大氣中幾乎沒有氧氣，太陽也變得昏暗得多。

半人馬座比鄰星是一顆紅矮星，也是地球上已知最接近的恆星，它的軌道由一顆岩石行星環繞，有可能維持液態水的存在(藝術的描述概念圖)。圖片：NASA, ESA, G. Bacon (STScI)

研究小組的模型顯示，這個古老版本有人居住的地球可以將一氧化碳含量維持在大約百萬分之一水平：比今天大氣中每十億分之一百的一氧化碳含量高出幾個數量級。該研究的共同作者之一、加州大學洛杉磯分校地球科學系生物地球化學教授、加州大學洛杉磯分校替代地球天體生物學中心主任蒂莫西萊昂斯(Timothy Lyons)說：這意味着可以預期，在有生命居住但氧氣匱乏的太陽系外行星大氣層中，一氧化碳含量會很高。這是一個完美的例子，說明團隊的研究是利用地球的過去作爲在宇宙其他地方尋找生命的指南。第二種情況更有利於一氧化碳的積聚：像比鄰星(Proxima Centauri)這樣的紅矮星周圍的光化學物質。比鄰星距離我們的太陽最近，距離我們4.2光年。

該團隊的模型預測，如果圍繞這樣一顆恆星的行星上有生命居住，並且富含氧氣，那麼應該預計一氧化碳的含量會非常高——從百萬分之百到百分之幾不等。Schwieterman說：考慮到這些行星所處的不同天體物理環境，我們不應該驚訝地發現微生物圈促進了一氧化碳的高水平。然而，據我們所知，這些地方肯定不是人類或動物生活的好地方。在半人馬座比鄰星和其他類似恆星宜居帶中發現了地球大小的岩石行星，這意味着它們可能含有液態水，而液態水是生命的基本成分。這些行星很可能是計劃於2021年3月發射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡進一步鑑定的目標。

一氧化碳是半人馬座比鄰星(Proxima Centauri)等紅矮星宜居帶內富氧現代類地大氣模擬透射光譜的一個顯著特徵。圖片：Schwieterman et al. 2019

目前研究是一項廣泛努力的一部分，目的是爲這些未來任務做準備，方法是對可能是有生命居住世界證據的不同大氣氣體組合進行分類，即所謂的生物特徵氣體。一些氣體，如一氧化碳，曾被認爲是“抗生素信號”（一顆行星上沒有人類居住的證據）如果有足夠多的氣體被遠程探測到的話。但這些假設只適用於特定的情況。儘管其他研究已經完成了包括一氧化碳在內的系外行星光化學模型，但還沒有人以如此係統的方式關注類地系外行星上的一氧化碳。現在我們有了一本指南，可以確定一氧化碳含量與光合生物圈的含量是否相符。