宜居世界天文台的艺术效果图,它将彻底改变我们对宇宙生命的理解。(来源:NASA)几千年来,生命是如何开始的问题一直困扰着人类。现在,一个科学家团队正准...
2025-07-17 2
宜居世界天文台的艺术效果图,它将彻底改变我们对宇宙生命的理解。(来源:NASA)
几千年来,生命是如何开始的问题一直困扰着人类。现在,一个科学家团队正准备利用 NASA 即将推出的宜居世界天文台 (HWO),通过研究太阳系以外的行星来测试关于生命起源的不同理论。
由亚利桑那大学的 Sukrit Ranjan 领导的研究人员建议使用 HWO 来检查多个系外行星的生命模式,而不是在实验室或火星上寻找生命。他们的方法真的很简单:关于生命如何开始的不同理论对生命应该出现的位置和频率做出不同的预测。他们提出,通过观察足够多的行星,可以根据真实数据来检验这些理论。
宜居世界天文台的艺术效果图(图片来源:NASA)
该研究将生命起源理论分为三大类,每类都有不同的预测。一些理论认为,生命的出现需要如此多的精确条件,这几乎是不可能的。他们预测,在距离地球约 33 光年的地方,我们可能找不到其他生命。例如,一些通往生命的化学途径需要多个特定环境以正确的方式相互作用,这使得从非生命物质中成功出现生命的可能性微乎其微。
其他理论,比如生命出现在碱性喷口周围的观点,表明生命在存在基本条件的地方很容易出现。该理论提出,生命必然会出现在任何有液态水海洋、碱性热液喷口和富含二氧化碳的大气层的行星上,因为生命自然地解决了这些系统造成的能量不平衡。
大西洋中脊底部 3,300 米水深处的热喷口,生态系统繁荣昌盛(图片来源:MARUM − Zentrum für Marine Umweltwissenschaften,不来梅大学)
许多理论都指定了特定的环境要求。最成熟的例子表明,紫外线对于生命的出现至关重要,最佳条件需要特定的紫外线辐射水平。
HWO 的强大之处在于它能够检测行星大气中生命的化学迹象。即使找到一个生物圈也会证伪声称生命极其罕见的理论,而在 20 到 50 个行星上没有检测到生命也会支持稀有性假说。
对于较大的样本,可以进行更细致的测试。模拟调查表明,检查至少 50 颗系外行星可以揭示过去的紫外线照射与生命存在之间的相关性,直接检验依赖于紫外线辐射的理论。同样,生物特征与海洋或大陆等行星特征之间的相关性可以验证特定的起源情景。
开普勒 186f 的艺术效果图,一个潜在的宜居世界。(来源:NASA)
该研究强调了一个关键要求,即需要 50 个或更多特征行星的大样本量来提供有意义的数据来检验理论。这一发现对 HWO 的设计具有重要意义,它有利于更广泛的调查,而不是对较少世界的详细研究。
望远镜不仅需要检测生物特征,还需要检测行星特征,例如海洋的存在、大陆特征和大气成分。当我们从不同角度观察行星时,可能还需要进行观测来跟踪行星围绕恒星旋转时的亮度如何变化,以揭示海洋闪光和大陆特征,而光谱测量将识别关键的大气气体。
这项研究代表了天体生物学向前迈出的一大步。科学家们不是简单地问“外面有生命吗”,而是准备问“生命是如何开始的?HWO 不仅会对生物世界进行分类,还将测试几个世纪以来一直争论的关于生命出现的基本理论。
不过,其影响远远超出了学术上的好奇心。了解生命是如何开始的,可以为我们寻找宜居世界提供信息,指导未来的任务,并帮助我们了解我们在宇宙中的位置。
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