在系外行星上是否存在著呼吸氦和氫的外星生命

在系外行星上，是否存在著呼吸氦和氫的外星生命?一項關于地球生命的新研究表明，這是可能的，這意味著我們在宇宙中尋找生命時，可能需要改變一下思路。我們不僅要關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，畢竟這是我們在地球上賴以生存的氣體。但是氧氣在宇宙中并不常見，只占宇宙質量的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，只在恒星系統中占很小的一部分。

在宇宙中氫和氦占主導地位的情況下，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。由麻省理工學院行星科學家薩拉·西格爾領導的研究團隊試圖尋找答案。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的許多動物腸道中的細菌);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基放在幾個不同的燒瓶里，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，第三組燒瓶作為對照，裝的是正常空氣。

每隔幾個小時，研究人員就會取出一些大腸桿菌和酵母，以確定它們是否存活。報告稱，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最好。考慮到二者都是在地球上演化的，這一點也就不足為奇了。相比正常環境，大腸桿菌在充滿空氣的燒瓶中的生長速度慢了兩倍，而酵母的生長速度也下降了2.5個數量級。

然而，這兩種生物都能在純氫和純氦環境中存活的事實對天體生物學家帶了重要啟發，這一發現“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”。大腸桿菌還會產生一系列代謝廢物，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，問題就變成了這項新研究將如何推進我們對其他行星上生命的探索。在很長一段時間里，天體生物學領域被認為是一個推測性的領域。在這個領域里，科學家們會考慮各種可能性，但沒有任何數據來約束他們的想法。畢竟，我們從未觀察到其他行星上的生命。直到最近幾十年，天文學家才證實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，天文學家只發現了類似于木星的氣態巨行星，它們都非常靠近主恒星，被稱為“熱木星”。有一段時間，這些熱木星似乎是最常見的系外行星類型，但這其實是一種誤導。這些氣體巨行星的發現，主要是因為它們在軌道運行時，其引力會導致母恒星發生擺動，而天文學家可以觀察到這種擺動。在較窄軌道上運行的巨大行星會導致更大的擺動幅度，使它們更容易被探測到。

2009年，當開普勒太空望遠鏡發射升空時，情況又發生了改變。開普勒太空望遠鏡使用了一種新的方法來尋找系外行星。簡單來說，在觀察遙遠恒星時，開普勒望遠鏡會尋找行星從母恒星前面經過時投下的影子。開普勒望遠鏡于2018年底停止運行，但在近十年的時間里，它發現了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，開普勒太空望遠鏡無法在這些星球上尋找生命。首先，它發現的許多行星都離地球很遠，因此很難拍攝到它們的大氣層;其次，它沒有裝載觀測這些行星大氣層的儀器。現在，第一個問題正在由凌日系外行星勘測衛星(TESS)解決。該衛星于2018年初發射，使用與開普勒望遠鏡相同的技術來勘測鄰近的恒星，尋找類地行星。

觀察系外行星的大氣需要比開普勒望遠鏡或TESS更強大的望遠鏡。天文學家第一次觀測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鏡觀察了一顆名為HD 20945的恒星。當一顆行星穿過該恒星前方時，哈勃望遠鏡的儀器觀測到了鈉釋放出的光。天文學家對此解釋稱，這是懸浮在行星大氣中的鈉。2008年的另一項研究也揭示這顆行星被氫氣所包圍。

當然，這也正是麻省理工學院最近這項研究如此有趣的原因。天文學家已經知道，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恒星運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境中，在這一新發現的基礎上，天體生物學家應當對被氫氣包裹的行星進行光譜分析，并密切關注具有這種大氣層的巖石行星。

對于每一個對外星生命感興趣的人來說，未來充滿了希望。TESS天文臺正忙于尋找鄰近的系外行星，而根據美國國家航空航天局(NASA)的計劃，備受期待的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)將在2021年發射。該望遠鏡旨在取代大獲成功的哈勃望遠鏡。天文學家希望利用JWST掃描已知的系外行星，尋找生命的跡象。現在，天體生物學家肯定會把被氫氣包圍的行星也列入探索名單。