摘要：想象一颗直径是地球两倍的行星，表面覆盖着散发着卷心菜甜味的海洋。每天，一颗暗淡的红星温暖着这颗海洋星球，以及无数以阳光为食的浮游生物。它们数十亿地涌向海面，聚成比澳大利亚还大的“活岛”，并在光合作用过程中释放出一种刺鼻气体。这颗遥远行星的气体信号，竟能被700

想象一颗直径是地球两倍的行星，表面覆盖着散发着卷心菜甜味的海洋。每天，一颗暗淡的红星温暖着这颗海洋星球，以及无数以阳光为食的浮游生物。它们数十亿地涌向海面，聚成比澳大利亚还大的“活岛”，并在光合作用过程中释放出一种刺鼻气体。这颗遥远行星的气体信号，竟能被700万亿千米外的望远镜捕捉到。这听起来像科幻小说，但或许即将成为现实——詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）正让人类离发现外星生命越来越近。

过去两年，外星探索领域的科学家们围绕这个问题展开了激烈争论，而詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）正是争论的核心。

这台强大望远镜的观测目标中，有一颗名为K2-18b的行星，它距离地球约120光年。这颗行星的存在毋庸置疑，但它的表面条件以及是否适合生命生存，目前仍存在争议。

一组研究人员过去几年一直用JWST观测K2-18b，他们声称探测到了二甲基硫醚（DMS）的痕迹。

这种化合物带有卷心菜般的气味，许多地球人眼中“大海的味道”就来自它，而且目前已知它只能由活着的浮游生物产生。该团队在2023年首次报告在K2-18b的大气中发现了DMS的迹象，此后又发表了多篇相关论文。

不过，其他研究人员对这一所谓的DMS探测结果持怀疑态度。他们指出，该团队的探测依赖于有争议的数据模型，且未达到科学新发现所需的可信度阈值。要彻底解决这个疑问，还需要对这颗行星进行更多观测。

但毫无疑问的是，JWST强大的红外探测能力，正让人类拥有前所未有的机会去寻找地外生命。

加州大学河滨分校天体生物学助理教授埃迪·施维特曼，正利用JWST研究系外行星的宜居性。他告诉《生活科学》：“借助JWST，过去几年我们对系外行星大气成分的了解，比之前几十年加起来还要多。”

在寻找外星生命的过程中，科学界有一个共识：有大气的行星，其表面可能存在液态水；而有液态水的地方，就有可能存在生命。

如今，JWST首次让我们清晰地观测到这些外星大气的细节。

华盛顿大学天文学教授、天体生物学研究生项目主任维多利亚·米德尔斯说：“我们正处于寻找外星生命的关键时期，因为现在我们终于有了实现这一目标的技术能力。”

“在JWST出现之前，我们根本没有这样的能力。”

在寻找宜居行星（即那些位于恒星“宜居带”——表面可能存在液态水的区域——的行星）方面，JWST的能力独树一帜。

与哈勃望远镜等光学望远镜不同，JWST无法直接拍摄遥远行星的表面，也不能探测可能存在的外星文明发出的无线电波等“技术信号”。

JWST寻找的生命迹象更为基础。它们不是模糊的外星足迹照片或神秘的无线电信号，而是行星表面上空，在太空中无形漂浮的分子痕迹。

哈佛-史密森尼天体物理学中心的博士后研究员塞巴斯蒂安·齐巴告诉《生活科学》：“寻找生命的第一步是找到大气。”

“要让行星表面存在液态水，就必须有大气。”

齐巴表示，与前代望远镜——美国国家航空航天局（NASA）2003年发射、2020年退役的斯皮策红外空间望远镜相比，JWST“在各个方面都更出色”。

它能观测到更远的宇宙，探测到的红外波长范围也比以往任何望远镜都更广。红外辐射对寻找生命至关重要，因为这些波长能清晰地传递行星大气中分子吸收或发射星光的信息。

要让JWST探测到系外行星的大气信号，科学家必须等待“凌日”现象——即行星从其恒星前方经过，从地球视角看，恒星的光会穿过行星的大气。

以K2-18b为例，这种凌日现象每33天发生一次。

米德尔斯说：“行星从恒星前方经过时，会让恒星的光从行星大气后方照射过来。”

“这就像行星周围有一层小小的光晕。”

这层“光晕”中藏着关于这颗外星世界的重要线索。当星光穿过行星大气时，大气中的分子会吸收或发射特定波长的光，从而改变JWST观测到的光谱。

这些不同波长光组成的独特光谱，能揭示大气中存在的分子种类。通过这些信息，科学家可以推断出行星的大小、表面条件、地理特征，以及它支持生命生存的可能性。

比如米德尔斯提到，如果JWST捕捉到某颗行星的光谱，显示其大气中甲烷和二氧化碳的吸收信号很强，这可能意味着这颗行星是一个类似地球太古代（约40亿至25亿年前）的宜居世界——当时原始微生物正在分解二氧化碳，并释放出大量甲烷。

但要证明数十亿千米外的行星存在这样的条件，绝非易事。

在探测到有希望的生命信号后，科学家面临的挑战是：证明这个信号无法用火山活动等地质过程解释。

之后，他们还必须证明探测结果达到统计学显著性——这需要对行星进行多次重复观测，并由其他研究人员用独立数据模型进行验证，过程十分严谨。

蒙特利尔大学教授勒内·多永，同时也是JWST近红外成像仪和无缝光谱仪（NIRISS）的首席研究员。他告诉《生活科学》：“韦伯望远镜的数据非常复杂。”

“人们发表的研究结果往往不一致。不同人处理数据，可能会得出不同结论。”

正是因为这个原因，早期关于K2-18b的研究受到了质疑。尽管由剑桥大学领导的团队在两篇研究中初步探测到了DMS，但其他专家用不同数据模型分析相同观测结果时，却无法验证这一结论。

此外，DMS的探测结果仅达到3倍标准差的统计显著性，远低于科学发现所需的5倍标准差（3倍标准差意味着结果有3‰的概率是偶然的，而5倍标准差意味着偶然概率仅为350万分之一）。

剑桥大学天体物理学教授、这两篇DMS研究的主要作者尼库·马杜苏丹表示，不能因此就排除K2-18b是“充满微生物生命的宜居世界”的可能性。

他告诉《生活科学》：“我们目前看到的只是初步迹象，也有可能出错。”

“所以我们要保持开放的心态，收集更多数据。只有这样，才能确认我们看到的现象是否真实。”

施维特曼认为，考虑到统计显著性不足，过早宣布在K2-18b上探测到DMS“有些草率”。

不过他也认同，DMS是一种很有潜力的生命信号，JWST应该继续在其他可能存在海洋的宜居行星上寻找这种信号。

施维特曼说：“我们想知道的是，宇宙中全球生物圈普遍存在吗？如果宇宙中存在复杂生命（包括智慧生命），那么‘这些复杂生命起源于怎样的生物圈’就是一个关键问题。”

即使K2-18b最终被证明没有生命，这颗遥远的行星也只是JWST众多观测目标之一。

这台望远镜的观测清单上包括一些知名天体，比如TRAPPIST-1系统——这是太阳系外被研究最多的恒星系统。

该系统中有7颗岩石行星，其中至少3颗位于恒星的“宜居带”。但齐巴表示，JWST目前尚未在这些行星周围发现大气的迹象，这可能意味着它们的恒星释放的紫外线过强，导致大气无法留存。

多永则更倾向于研究一颗名为LHS 1140 b的行星，它位于50光年外的鲸鱼座。

多永和团队通过JWST观测发现，这颗曾被认为是“超级地球”（质量是地球6倍的岩石行星）的天体，其实是一个更奇特的存在——或许可以称之为“眼球行星”。

多永说：“它可能是一颗‘靶心行星’——整个星球大部分被冰覆盖，只有朝着恒星的一面有一块蓝色的‘虹膜’状液态水域。”

通过对LHS 1140 b两次凌日现象的JWST数据进行分析，多永和同事重新估算了这颗行星的质量和半径，发现“它不可能是一颗纯粹的岩石行星——其质量中肯定有10%到20%是水”。

“它可能是一颗‘水世界’，而且正好位于宜居带内。”

多永认为，LHS 1140 b与地球的相似度不高，反而更像太阳系中的冰卫星木卫二和土卫二——这两颗卫星都被怀疑存在可能孕育生命的地下海洋。

但与这些卫星不同的是，LHS 1140 b距离其恒星足够近，部分冰层可能已升华成气体，形成了大气层。

而且，由于这颗行星像月球一样被恒星潮汐锁定（始终以同一面朝向恒星），其朝向恒星的一面温度可能足够高，使冰层融化，在多云的天空下形成一片液态海洋。这片温暖的蓝色“虹膜”区域，或许就存在生命。

多永认为，在已知的系外行星中，LHS 1140 b是最有可能拥有大气层的行星之一。

他说：“如果要赌一杯啤酒，我会赌它有大气层。”

不过，多永的“啤酒赌局”可能要等一段时间才能见分晓。

尽管多永和同事在LHS 1140 b周围探测到了“富氮大气层的迹象”，但他表示，要证明大气层中存在二氧化碳等能表明其类似地球大气的分子，还需要再观测约12次凌日现象。

由于LHS 1140 b每年仅能从地球观测到4次凌日，科学家需要连续数年观测每一次凌日，才能得出确切结论。多永补充说，这样的观测计划“确实将JWST的能力推向了极限”。

这也凸显了JWST的一大局限：观测时间有限。

2024年，全球研究人员申请的JWST观测时间总计超过7.8万小时——据管理JWST每年观测申请的太空望远镜科学研究所（STScI）统计，这一数字约为可用时间的9倍。

在2300多份申请中，最终仅274份获得批准，而系外行星宜居性研究在获批项目中占比很小。

随着特朗普政府提出2026年预算提案，这一差距可能会进一步扩大。据《生活科学》的姊妹网站Space.com报道，该提案计划将NASA的科学预算削减近50%。

如果该提案获得国会批准，太空望远镜科学研究所的尼尔·里德在7月于阿拉斯加州安克雷奇举行的美国天文学会第246次会议上表示，JWST的运行时间将减少约25%至35%。

归根结底，JWST或许无法找到外星生命存在的确凿证据。但即便如此，它也能为科学家指明未来的探索方向。

未来的望远镜将在JWST的发现基础上继续探索，填补目前的认知空白。

其中一个重要空白是氧气探测。氧气占地球大气的21%，是一种重要的生命信号，但“JWST无法探测到氧气”，米德尔斯说。

包括米德尔斯参与撰写的多项研究（其中一项研究模拟了JWST观测地球大气时的可能结果）表明，这台望远镜的灵敏度不足以探测到氧气。这对寻找类似地球的大气构成了明显挑战。

即将问世的望远镜或许能弥补这一不足。例如，正在智利建造的极大望远镜（Extremely Large Telescope）——预计2029年首次观测——对行星大气中氧气和水的探测灵敏度将超过JWST。

米德尔斯说，这台望远镜还能直接观测到岩石行星的表面——那里更有可能存在生命及其产物，而不像JWST只能观测行星的高层大气。

再往后，NASA最近宣布的“宜居世界观测站”（Habitable Worlds Observatory）将对太阳系附近类太阳恒星周围的行星进行普查。

这台强大的观测站将分析行星的可见光、红外和紫外光谱信号，有望确认数十颗类地行星是否存在大气层。不过目前，该项目尚未确定发射日期。

JWST预计至少能运行到2030年代，它的探索时代才刚刚开始。它能找到外星生命吗？也许能，也许不能。

但在运行的最初几年里，它已经让科学家比以往任何时候都更接近发现外星生命的那第一缕微弱线索。

而且一旦发现这一证据——即便它来自一颗人类或探测器永远无法抵达的遥远系外行星——一切都将改变。发现哪怕一颗有生命存在的外星行星，都意味着宇宙中可能存在无数类似的星球。

这不仅会让我们重新思考宇宙中生命的普遍性，也会让我们重新定位人类在宇宙中的位置。发现外星生命，将彻底改变我们看待宇宙和自身的方式。

施维特曼说：“一旦我们在某颗系外行星上找到可信的生命迹象……我想我们永远不会忘记那颗行星。”

来源：悠悠趣闻