[비즈한국] 不久前，詹姆斯·韦伯太空望远镜的观测结果显示，在代号为K2-18b的外行星上发现了疑似生命信号的痕迹，这一消息引起了极大的关注。英国剑桥大学天文学家尼库·马杜苏汉（Nikku Madhusudhan）领导的研究团队于2023年分析了K2-18b行星的大气层。该行星很早之前就因被认为是一颗表面完全由液态海洋覆盖的“海洋行星”而备受瞩目。去年，他的研究团队利用詹姆斯·韦伯太空望远镜捕捉到了该行星凌日（从中心恒星前方经过）的瞬间，并分析了恒星光线穿过行星大气层时产生的光谱。虽然尚不确定，但他们给出的结果暗示了二甲基硫醚（DMS）成分的存在（相关报道：[科学] 发现了一颗几十亿年前与地球相似的行星吗？）。
一年后，他们再次利用韦伯望远镜观测了同一地点，并给出了新的结果，即DMS存在的可能性比之前更高。DMS之所以受到更多关注，是因为在地球上，它被认为仅能通过细菌等生命活动产生。人们似乎认为，通过韦伯望远镜在120光年外的外行星上捕捉到了人类历史上最明显的生命活动证据。然而，自这一发布以来，学术界涌现出无数质疑和反驳论文，双方陷入了激烈的对峙。
甚至有非常悲观的观点认为，最初尝试用詹姆斯·韦伯望远镜寻找外星生命证据的行为本身可能就是毫无意义的。这背后有一个非常有趣的故事。最近提出质疑、对韦伯望远镜的分析持悲观态度的天文学家是天体生物学及外行星领域的著名学者萨拉·西格（Sara Seager）。值得注意的是，她正是当年为尼库·马杜苏汉颁发博士学位的指导教授，而马杜苏汉正是那个因为在K2-18b上提出生命信号可能性而让学术界沸腾的始作俑者。关于K2-18b存在外星生命可能性的争议究竟是如何发展的？为何指导学生与指导教授会站在对立面？本文将为您介绍这场关于该外行星争议的最新进展。
在马杜苏汉发表关于K2-18b存在外星生命可能性的论文后不久，一篇强烈反驳其观点的论文随即问世。这篇论文进行了一个非常有趣且简单的测试：假设对K2-18b行星的大气层没有任何已知信息，仅建立了一个在所有波长上都平坦的模型，并将实际观测到的韦伯望远镜光谱与该平坦模型进行了偏离度对比。有趣的是，由于观测到的光谱信号本身非常微弱，实际上与假设没有任何化学成分的平坦模型相比，在统计学上并没有显示出明显的差异。
仅当在推测DMS会留下信号的7µm和8.8µm波长处，以数学（高斯）正态分布形式对光谱进行人为调整时，它看起来确实更能描述观测到的光谱。但如果比较实际的统计数值，则没有显著差异。以此为根据，论文得出结论：最初通过韦伯望远镜观测到的光谱中，完全找不到能够证明DMS存在的明确统计学证据。批评者指出，如果怀着某种特定化学成分必然存在的愿望，并在限定的成分范围内对光谱进行建模分析，会导致结果被夸大和扭曲。
面对这类批评，马杜苏汉的团队最近进行了更全面的补充分析。他们不再仅仅假设大气层中只有几十种候选化学成分，而是动员了几乎所有能考虑到的分子，对多达650种各种类型的分子进行了建模。他们模拟了这些化学成分在不同含量下存在时的大气状况，从而在统计学上找出了最能还原K2-18b实际观测光谱的情况，结果依然显示高含量DMS的模型最为契合。
在这次补充分析中，除了DMS，二乙硫醚、二甲基二硫醚等更多样化的化学成分存在的可能性也变得更高。有趣的是，这些分子在地球上都与包括细菌在内的生命活动密切相关。基于此，马杜苏汉团队坚持认为，他们在K2-18b外行星上存在生命活动的观点得到了进一步加强。
然而，即使该行星大气层中真的存在DMS，是否只有生命活动才能产生这种化学成分，仍需进一步验证。因为天文学家已经确认，在太阳系之外的宇宙空间中也存在DMS。例如，火星探测器“好奇号”在火星上检测到了DMS，“罗塞塔”号探测器在67P彗星上检测到了DMS。最近，在银河系中心的分子云G+0.693-0.027中也检测到了DMS。这暗示了即使不是外行星，在极端环境下的彗星或星际云中也完全可以合成DMS。DMS未必一定是生命活动的指标，它可能只是遍布银河系各处（包括银心）的一种非常普遍的分子。
尤其是K2-18b中检测到的DMS含量非常高，这一点也令人怀疑。当时马杜苏汉的团队声称K2-18b中DMS的含量高达10ppm，这意味着每100万个大气分子中就有1至10个DMS。这远远超过了地球的DMS含量。即使在充满生命的地球上，DMS的浓度也仅在10亿分之一左右。因此，按照马杜苏汉团队的说法，K2-18b的DMS含量几乎是地球的千倍。要维持如此高的浓度，必须做出一些戏剧性的假设：要么该行星正处于像几十年前的地球那样，光合作用和生命活动爆发式增长的阶段；要么就是在与生命无关的情况下，该行星全境通过某种地质或化学机制自然产生了DMS。
在局势变得更加复杂之际，天文学家们也提出了一个极其根本且致命的问题。正如前文所提到的，这是萨拉·西格（马杜苏汉的博士导师）提出的质疑。她最近通过一篇名为《詹姆斯·韦伯时代探索外行星生命活动指标的前景》的论文指出，批评称即便使用韦伯望远镜，寻找外星生命迹象的行为也可能几乎是毫无意义的尝试。
在过去十年中，天文学家发现的外行星大多围绕着比太阳轻10倍以上、更为矮小的红矮星运行。由于恒星本身又小又温和，为了维持足够的温度，行星必须在更小的轨道上运行。这使得行星能以更短的周期频繁凌日，从而更容易被探测到。特别是詹姆斯·韦伯望远镜利用温和恒星主要释放的红外线进行观测，因此在探测红矮星周围的外行星方面具有一定优势。
长期以来，天文学家一直期待在这样细小矮小的红矮星周围探索外行星会更有利。如果恒星的亮度达到太阳水平甚至更高，那么由于恒星本身太亮，即使行星凌日，也很难察觉到亮度的变化。此外，因为恒星光芒太强，即使部分光线穿过行星大气层被吸收，留下的痕迹也会显得微乎其微。相反，小型矮星如果被小型行星遮挡，亮度变化更明显，留在光谱中的痕迹也更容易被识别。
然而，天文学家忽略了一个重要事实：矮星的表面活动可能更加狂暴。由于恒星本身很小，其表面到内部全层都会形成对流层，星内外的物质交换更为高效。同时，恒星体积小会导致自转速度变快，这会使恒星周围的磁场变得更加复杂缠绕。最终，红矮星比太阳更频繁地引发耀斑爆发，表面可能会形成足以覆盖整个星面的巨大黑子。
这种狂暴的恒星表面活动对地球观测到的光谱样貌有着致命的影响。如果恒星表面出现巨大的黑子，从地球上看，很难分辨恒星变暗是因为黑子，还是因为外行星凌日。此外，由于巨大的黑子温度更低、光线更暗，如果行星恰好遮挡了黑子区域，那么外行星大气成分在光谱中留下的痕迹可能会变得更模糊。黑子减弱的恒星光线本身就会模仿光谱中光量减少的吸收线，从而“污染”光谱，最终导致无法将其与真正的行星大气吸收痕迹区分开来。
西格指出，即便是现在的詹姆斯·韦伯也无法克服这一问题。她直言，即便通过韦伯望远镜获得了疑似外行星大气痕迹的光谱，也很难完全信任这些数据。西格强调，在分析外行星大气成分时，必须考量这三个方面。
遗憾的是，根据西格的分析，与DMS相关的信号并未满足这三个条件。K2-18b是一个令人震惊的案例，它展示了在地球以外的外行星上也可能检测到与生命活动密切相关的DMS类分子的可能性。但不幸的是，人类目前还没有确凿的工具来判断这是否真的意味着外星生命的存在。
更令人沮丧的是，这种局限并非仅仅因为观测次数少，或者单纯是因为望远镜性能尚不尽如人意而产生的细枝末节问题。这是我们今天判断外行星生命存在可能性时最常用的方法——即分析行星凌日时恒星光谱的方法——本身所固有的先天性局限。
最终，为了回答“宇宙中真的只有我们吗”这一古老问题，我们需要构想出超越现有方法的新狩猎手段。最大的问题在于，人类目前尚未找到明确的替代方案。究竟哪种化学成分才能被称为毫无疑问、最确凿的生命活动指标？又该通过何种方式进行观测，才能以高可信度检测出该成分……这需要我们进行更本质、更深刻的思考。
参考
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acf577
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2025arXiv250118477S/abstract
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2515-5172/add881
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/adc1c8
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https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2025arXiv250412946S/abstract
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2025arXiv250416236D/abstract
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2025arXiv250510539P/abstract
作者池雄培（Ji Woong-bae）是谁？他热爱猫咪和宇宙。小时候看过《银河铁道999》后，便萌生了将宇宙之美传播开来的梦想。目前在延世大学银河进化研究中心及近宇宙论研究室，研究通过星系相互作用进行的演化，同时进行演讲、撰稿等多种科学传播活动。著有《暧昧中的天文台》、《整天想宇宙》、《星，光的科学》等书籍。