這幅藝術(shù)概念圖展示的是系外行星K2-18b。它所顯示的生命跡象令科學(xué)界為之一振。但這些證據(jù)究竟有多強(qiáng)？圖像來源：NASA

每當(dāng)科學(xué)家發(fā)布關(guān)于系外行星潛在生物跡象的新研究，后續(xù)報(bào)道便會(huì)如同漣漪般迅速擴(kuò)散。主流媒體也往往迅速跟進(jìn)，足見這一話題對(duì)公眾的吸引力。關(guān)于其他世界是否存在生命，這始終是一個(gè)引人入勝的問題。K2-18b正是最近引發(fā)熱議的例子。

科學(xué)的進(jìn)展依賴一個(gè)堅(jiān)守智識(shí)誠(chéng)實(shí)的共同體，通過匯集、評(píng)估和討論證據(jù)來不斷推動(dòng)認(rèn)知。研究人員在同行評(píng)審期刊上發(fā)表論文，相互檢驗(yàn)觀點(diǎn)、提出新問題、提供新證據(jù)。那句廣為引用的科學(xué)格言正適用于此：“非凡的主張，需要非凡的證據(jù)。”

自從有研究宣布在K2-18b的大氣中發(fā)現(xiàn)化學(xué)類生物跡象以來，一些后續(xù)研究對(duì)這一觀點(diǎn)提出了質(zhì)疑。在劍橋大學(xué)Nikku Madhusudhan教授主導(dǎo)的研究中，報(bào)告稱在該行星的大氣中可能探測(cè)到了二甲基硫（DMS）和二甲基二硫（DMDS）。這兩種化合物在地球上主要由生命活動(dòng)產(chǎn)生，因此被認(rèn)為可能是生物存在的跡象。

“這是我們迄今為止掌握的最有力證據(jù)，外星生命或許真的存在。從現(xiàn)實(shí)角度來說，在接下來的一到兩年內(nèi)，我們有可能確認(rèn)這一跡象。”Madhusudhan在接受BBC采訪時(shí)表示。不過他也強(qiáng)調(diào)，研究團(tuán)隊(duì)還需要進(jìn)一步分析詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）在K2-18b大氣中探測(cè)到的信號(hào)。

這并不是Madhusudhan首次在K2-18b上發(fā)現(xiàn)可能的生命跡象。此前他與研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表的另一篇論文中，也報(bào)告在這顆行星的大氣中探測(cè)到了二氧化碳和甲烷的存在。

上圖展示的是通過JWST中紅外儀（MIRI）獲取的、位于宜居帶的系外行星 K2-18 b 的透射光譜。圖像背景是一幅藝術(shù)想象圖，描繪了一顆氫氣海洋行星環(huán)繞紅矮星運(yùn)行的景象。光譜中隱約呈現(xiàn)出與二甲硫醚（DMS）和二甲二硫（DMDS）相關(guān)的特征線，令人頗感興奮，但其背后的成因仍然復(fù)雜……

圖片來源：A. Smith、N. Madhusudhan（劍橋大學(xué)）

關(guān)于K2-18b的最新回應(yīng)來自一篇題為《K2-18 b大氣中DMS和DMDS證據(jù)不足——基于詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）近紅外成像儀和無縫光譜儀（NIRISS）、近紅外光譜儀（NIRSpec）和中紅外儀器（MIRI）觀測(cè)的聯(lián)合分析》的新論文。該論文的第一作者是芝加哥大學(xué)天文與天體物理系的Rafael Luque。文章已提交至《天文學(xué)與天體物理學(xué)》（Astronomy and Astrophysics）期刊，可在arxiv.org上獲取。

這篇論文也對(duì)Madhusudhan的最初結(jié)論提出了質(zhì)疑。

“我們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有數(shù)據(jù)的噪聲過大，無法為得出該結(jié)論提供充分證據(jù)，”Luque表示。“無論支持還是否定，目前證據(jù)都不夠確鑿。”

透過這一科學(xué)爭(zhēng)議的表層，也能看到科學(xué)研究的本質(zhì)、JWST的能力邊界，以及當(dāng)前系外行星研究中一些鮮少被主流媒體提及的限制。關(guān)鍵在于，像DMS這樣的分子信號(hào)，并非能輕易從數(shù)據(jù)中直接識(shí)別出來。

這顆行星離我們有124光年遠(yuǎn)，問題就出在這里。盡管我們?cè)谔煳膶W(xué)上經(jīng)常聽到數(shù)萬光年甚至更遠(yuǎn)，124光年也是相當(dāng)遠(yuǎn)的距離。JWST雖然功能異常強(qiáng)大，但也不是無所不能的。

JWST 只是不帶預(yù)設(shè)立場(chǎng)的收集數(shù)據(jù)，科學(xué)家使用這些模型來從這些數(shù)據(jù)中找到規(guī)律。這里有超多的模型，每一個(gè)都有它不同的優(yōu)缺點(diǎn)。之前JWST 獲取的K2-18b的照片就很好的說明了這點(diǎn)。它以黃色點(diǎn)點(diǎn)顯示出的數(shù)據(jù)而模型中翻譯成了綠色，所以說不可能完全匹配。

正如研究的合著者M(jìn)ichael Zhang在一新聞中解釋道，在這種情況下，檢測(cè)DMS實(shí)際上意味著檢測(cè)碳和氫的跡象。“任何一個(gè)碳原子與三個(gè)氫原子結(jié)合的化合物，都會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)的信號(hào)，”他說，“二甲硫醚符合這個(gè)結(jié)構(gòu)。但問題在于，有太多化合物也有這樣的組成，它們?cè)陧f布望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)里也會(huì)呈現(xiàn)相似的特征。所以，即使我們有了更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，也很難斷定觀測(cè)到的就是二甲硫醚。”

諸如甲烷、乙烷、丙烷等有機(jī)化合物都含有碳和三個(gè)氫原子。甲胺、二甲醚以及許多其他化合物亦是如此。

乙烷之所以引起研究者關(guān)注，是因?yàn)樗诤Ｍ跣谴髿庵斜粰z測(cè)到，而海王星的環(huán)境可以明確排除生命存在。根據(jù)奧卡姆剃刀原理（即“如無必要，勿增實(shí)體”），我們應(yīng)選擇最簡(jiǎn)單的解釋。就此案例而言，乙烷或許就是對(duì)K2-18b大氣中DMS跡象的最簡(jiǎn)明解釋。

二甲硫醚（左）和乙烷（右）都包含一個(gè)碳原子和三個(gè)氫原子，光看數(shù)據(jù)，很難分得清誰是誰。

“乙烷的化學(xué)結(jié)構(gòu)跟DMS很像。”作者們寫道。他們解釋稱，乙烷是甲烷光解的常見產(chǎn)物，而且在其他研究中，它也是K2-18b的非生物光化學(xué)反應(yīng)模擬中預(yù)測(cè)含量最高的碳?xì)浠衔铩?/p>

“在解釋大氣成分時(shí)，只有在排除了我們預(yù)期會(huì)存在于大氣中的分子之后，我們才應(yīng)引入那些非常規(guī)分子，”該研究的合著者Caroline Piaulet-Ghorayeb表示。

針對(duì)K2-18b上二甲硫醚（DMS）探測(cè)的另一爭(zhēng)議焦點(diǎn)在于觀測(cè)數(shù)據(jù)的不足。Madhusudhan的論文僅基于一組觀測(cè)數(shù)據(jù)，而Luque團(tuán)隊(duì)的新論文則納入了更多觀測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了更全面的分析。

“我們結(jié)合不同的數(shù)據(jù)處理方法與建模策略，同時(shí)對(duì)近紅外成像與無縫光譜儀（NIRISS）和近紅外光譜儀（NIRSpec）的觀測(cè)數(shù)據(jù)與中紅外儀器（MIRI）光譜進(jìn)行聯(lián)合建模，以檢驗(yàn)所提出的DMS/DMDS探測(cè)結(jié)果是否穩(wěn)健，”作者寫道。

此外，他們指出，將JWST的歷史數(shù)據(jù)與最新數(shù)據(jù)結(jié)合分析后，DMS存在的可能性進(jìn)一步被削弱。

“我們發(fā)現(xiàn)，其他常見的碳?xì)浠衔镆部梢越忉屒把芯繄F(tuán)隊(duì)誤判的DMS/DMDS光譜特征，本研究以乙烷（C?H?）為例進(jìn)行了驗(yàn)證，”結(jié)論中寫道。

為確證DMS的存在，JWST需對(duì)K2-18b開展持續(xù)數(shù)年的觀測(cè)。圖片來源：NASA。

研究團(tuán)隊(duì)表示，為了獲得有統(tǒng)計(jì)意義的DMS光譜信號(hào)，JWST需要觀測(cè)26次K2-18b的凌日。然而，完成所需觀測(cè)或需逾6年時(shí)間。“受限于恒星在天空中的位置以及K2-18b較長(zhǎng)的軌道周期，JWST每年僅能捕捉約4次凌日現(xiàn)象，”文中寫道。

K2-18b是一顆頗具研究?jī)r(jià)值的系外行星，但需要指出的是，其具體類型仍未確定。按質(zhì)量來看，它屬于次海王星（sub-Neptune），但它也可能是一顆氫氣海洋行星（Hycean world），或是一顆不具備宜居表面的迷你海王星（mini-Neptune）。

我們都渴望明確的答案，但科學(xué)往往需要時(shí)間。如果未來真的能在太陽系之外發(fā)現(xiàn)生命，那將是人類歷史上具有決定性意義的時(shí)刻。圍繞K2-18b 的科學(xué)討論表明我們離這一目標(biāo)還有距離，但也為我們指明了前進(jìn)的方向。

“尋找系外生命是我們領(lǐng)域的核心命題。這正是我們研究這些行星的原因，”Luque 說。“我們?cè)谶@方面已經(jīng)取得了重大進(jìn)展，不希望這些成果被過早的結(jié)論所掩蓋。”

BY：Evan Gough

FY：Astronomical volunteer team

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