德阳吧系外行星K2-18b上真的存在外星生命吗？
2020年，科学家声称在金星上找到了生命的迹象——些许磷化氢，这是一种气味刺鼻的气体，在地球上由微生物产生。 该主张即刻收到质询，数年后仍在争议之中。而今，又一难闻气体开启了自己的外星生命大讨论——本次的主角是一颗系外行星。
研究人员于4月16日宣布，他们使用詹姆斯·韦布空间望远镜(James Webb Space Telescope, JWST)的数据，在系外行星K2-18b的大气中探测到了二甲基硫醚气体(dimethyl sulfide, DMS)。这颗行星处于其宿主恒星的宜居带内。在地球上，二甲基硫醚基本上是由微小浮游植物产生的。到了其他行星上，这可能就是所谓的“生命痕迹”，即生命存在的标志。
参与这一发现的多位研究人员都来自剑桥大学。该院校很快宣传说这是“迄今关于系外生物活动的最强烈的暗示”。一些媒体大肆宣扬二甲基硫醚是生命的迹象。但没有参与这项发现的科学家则没有那么兴奋。
“我对这种声明很是怀疑，我希望媒体报道能更充分地反映天文学与天体生物学界的怀疑态度。”华盛顿大学天体生物学家乔舒亚·克里桑森-托顿(Joshua Krissansen-Totton)在一封邮件中写到。曾参与2020年金星生命事件的巴德学院天体化学家克拉拉·苏萨-席尔瓦(Clara Sousa-Silva)则认为，情形眼熟得叫人沮丧。“我们从‘金星磷化氢’闹剧里得到的教训还不够。”她说。
美国《国家地理》杂志联络了十位独立专家，探讨该如何看待本次“生命痕迹”声明。(我们未引述全部内容，但各位专家的观点都已经体现在下文中。)核心要点：这是一项激动人心的发现，甚至可能是将来成功探索系外生命的重要一步。注意是“将来”——我们现在可还没有找到外星人。
下面是关于行星K2-18b上的二甲基硫醚，你需要了解什么。
这幅插图根据NASA詹姆斯·韦布空间望远镜的数据，描绘了系外行星K2-18b可能的样子。K2-18b绕冷红矮星K2-18周转，位于后者的宜居带。它的质量是地球的8.6倍，与地球相距120光年。一项新研究显示，这颗行星的大气里可能有二甲基硫醚分子。｜图源：NASA/ESA/CSA/Joseph Olmsted, STScI
研究人员声明了什么？
假如你关注系外行星新闻，你可能会感觉一切似曾相识。2023年，由剑桥大学天体物理学家尼库·马杜苏丹(Nikku Madhusudhan)带领的同一支研究团队发表了JWST的观测结果，该观测提示，在K2-18b上可能存在二甲基硫醚。
基于相同的数据，研究人员还给出结论，认为K2-18b是宜居行星，属于“氢海行星”(Hycean world)。马杜苏丹与同事于2021年提出了这个概念，旨在描述一组假想中的行星，它们的体积比地球大、比海王星小，基本由水构成，萦绕在厚厚的氢气与氦气里；只要条件合适，就可能形成适宜生命发展的温和表层海洋。
2023年的二甲基硫醚探测不满足天文学发现的一般统计学标准。刊载于《天体物理杂志通讯》(Astrophysical Journal Letters)的新研究是对前身研究的进一步发展，与最初的仪器相比，新研究中使用的JWST仪器对不同波长的光都具有更高敏感性。
尽管前次二甲基硫醚探测可靠性极弱，几乎难以支撑初步假设，这一次的结果却强得多。马杜苏丹与同事称，他们探测到的二甲基硫醚(及/或另一种相似分子二甲基二硫醚，简称DMDS)的显著性达到了3σ水平(三个标准差范围以内)。这句统计学术语表示，“二甲基硫醚的探测是一种偶然”的几率不到0.3%。虽然仍低于5σ的检验显著性黄金标准，但较之从前已更加可信。
在剑桥大学的通讯中，马杜苏丹说：“鉴于我们对这颗星球的一切了解，‘拥有充满生命的海洋的氢海行星’就是最符合我们所得数据的情况。”
那里真的有二甲基硫醚吗？
其他科学家没有这么乐观。一些人怀疑，那儿到底有没有二甲基硫醚(或二甲基二硫醚)。
马克斯·普朗克天文研究所的天文学家劳拉·克雷德伯格(Laura Kreidberg)在一条音频记录中说：“这真的非常有趣，是对JWST能力的一次绝佳展示。不过，我承认，我不会押注太多。”
科学家可以利用JWST，借助被大气过滤后的星光中的“化学指纹”，识别系外行星大气中所含的气体。化学指纹在星光的光强-波长图上显示为波形。新研究尝试将光谱波形与20种分子对应起来。苏萨-席尔瓦说，这“比一般的天文研究多，只不过天文学家一般不会轻易宣称发现外星生命。”她指出，这些分子的结构大部分不像二甲基硫醚和二甲基二硫醚，因此不完全构成针对潜在假阳性的定向筛查。
另一名研究者，密歇根大学的天文学家瑞安·麦克唐纳(Ryan MacDonald)更进一步，在蓝天社交平台(Bluesky)上批评上述发现3σ水平二甲基硫醚的声明为“统计造假”(statistical hacking)。
克雷德伯格则较为宽容，她表示：“我认为发现团队做了出色的工作，数据的处理与分析非常谨慎。但作为同行，我可以说，这真的非常困难。”
K2-18b真的宜居吗？
虽然K2-18b的运转轨道位于其宿主恒星的宜居带内，但它不是第二个地球。它的半径是地球的2.6倍，质量则为8.6倍，是一颗神秘而陌生的星球，可能完全不宜生存。一支独立团队近期重新分析了剑桥团队2023年的K2-18b观测数据，他们发现，其中既没有二甲基硫醚的迹象，也未显示含有二氧化碳，这极大打击了“氢海行星”假说，因为该假说预言有大量二氧化碳的存在。一项略早一些的研究称，K2-18b最有可能是一个不适宜居住的气态球体，没有任何固体表面。另一团队提出了一种更不宜居的可能情形：这颗星球上的“海洋”或许没有水，而是充满岩浆。
马杜苏丹指出，关于K2-18b没有二氧化碳的分析报告尚未经过同行评审。“存在没有解答的问题，但这些问题没有排除宜居的可能，”他说，“CO₂的迹象一定是有的。”
不过，即便K2-18b真的是个氢海星球，也不意味着它就是宜居的。由于没有反射性的云层，这颗行星的海洋将在它的氢气覆盖层下沸腾。假如K2-18b上有任何海洋，那就是它可能的命运，至少上周发布的研究是如此显示的。
“对于这颗行星的最简单的解释是：它是一颗气态巨行星，大气层极厚，没有宜居表面，”NASA艾姆斯研究中心的系外行星科学家尼克·沃根(Nick Wogan)说，“要让K2-18b宜居(或有生命栖息)的情形成立，需要克服的挑战可太多了。”
假如那儿确实有二甲基硫醚，它真的来自生命吗？
我们姑且假设，科学家确认了二甲基硫醚的信号，K2-18b确实是一个宜居的氢海行星。即便如此，“发现外星人”庆功宴可能仍要暂缓举行。
除非科学家能排除掉所有形成二甲基硫醚及/或二甲基二硫醚的非生命性解释(即它们的出现不涉及生命存在与否)，否则这些气体就不能称为K2-18b真正的“生命痕迹”。而正如日本地球生命研究所的天体生物学家哈里森·史密斯(Harrison Smith)和他来自亚利桑那州立大学的同事科尔·马西斯(Cole Mathis)在2023年的一篇论文中所述：排除系外行星的假阳性结论极其困难。
“对于金星，我们至少有所了解。我们清楚它看起来如何，拥有怎样的环境。”苏萨-席尔瓦说。而K2-18b的地质化学与大气到底是什么样，科学家都一无所知，因此无法肯定地排除二甲基硫醚可能来自外星化学，而非外星生命。
何况我们已经知道，自然界可以在无生命参与的情况下制造二甲基硫醚。去年，伯尔尼大学化学家诺拉·哈尼(Nora Hänni)与同事发现67P(楚留莫夫－格拉希门克彗星)上有二甲基硫醚，而67P并非宜居星球。还有其他研究人员在星际空间发现了这种物质。同样是去年，科罗拉多大学博尔德分校化学家埃莉诺·布朗(Eleanor Browne)及同事发现，二甲基硫醚可以在实验室的合成大气中通过光驱化学反应产生。
“我们没有理由将二甲基硫醚当作生命的独特产物，”马西斯说，“我无论如何也想不明白争论点到底是什么：他们如何还能认为这种物质可以指示生命，要知道我们已经见过它有非生命来源了。”
研究作者承认了其中部分难题。马杜苏丹说，彗星和星际间材料都不是团队探测到的这种高浓度二甲基硫醚和二甲基二硫醚的可靠来源。而在无生命环境里意外发现二甲基硫醚表明，关于它的形成，我们需要了解的还很多。
拥抱不确定性
还有其他不确定性笼罩着本次发现。我们不清楚地球上的生命是如何开始的，因此我们也无法得知K2-18b的条件——即便适宜地球上的生命——是否首先有可能诞生生命；而即便那里真的演化出了生命，谁又能说它就会产生二甲基硫醚；假如它确实制造二甲基硫醚，科学家又为什么没有发现其他生命记号气体呢？
不过，纵使限制条件层出不穷，我们对话的大多数研究者依然认同我们有理由庆祝这项有关K2-18b的新研究。“这真的是一项成就。三十年前，我们连系外行星的存在都不知道。”哈尼说。
杜伦大学科学哲学家彼得·维克斯(Peter Vickers)研究了有关生命探测的声明，最初他对此十分怀疑。“但研究得越深入，我越觉得，这项发现实际上意义重大，就算不过誉，也不应当贬低它的价值。”他说。
就马杜苏丹而言，他不认为谨慎和激动是相互排斥的。他认为，外星生命的哪怕一点点蛛丝马迹也是“变革性的成就”，只不过这与真正发现生命的声明之间还隔着巨大的一步。“成就与谨慎，这两样东西我们都需要承认。”
假如某天，我们真的在太阳系之外找到了生命，这一发现不可能是一蹴而就的。我们将缓慢地向确定性靠近，途中受到眼前这类发现的推动——它提醒我们：进一步探究，我们将会发现更多。而该研究的结果毫无疑问是一份深入研究K2-18b的邀请。维克斯说，如果在这颗星球——也是首个经仔细调查的潜在宜居行星之一上找到了生命，我们将必须假设生命无处不在；因为如果生命罕有，那么偶然撞上对的行星的几率在天文学上就太低了。
“我们尚且处在发现问题的阶段，但能问出这样的问题，已经很了不起，”卡内基科学研究所的天体生物学家迈克尔·黄(Michael Wong)说，“我们何其有幸，生逢其时。”
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