近日，劍橋大學天文學家尼庫·馬杜蘇丹領導的國際團隊在《天體物理學雜志通訊》上發表文章稱，在距離地球約124光年的太陽系外行星K2—18b大氣層中，發現了迄今太陽系外可能存在生命活動的“最有力證據”。該行星大氣層中存在二甲基硫醚（DMS）和二甲基二硫醚（DMDS）的“化學指紋”。在地球上，前者幾乎完全由海洋生物產生，后者則廣泛存在于自然界中，細菌、真菌、植物和動物都會釋放它。如果這些發現可靠，這將是人類首次在太陽系外行星上探測到的與生命活動有關的、比甲烷更復雜的有機分子。
該項研究采用“凌星光譜法”，利用詹姆斯·韋布空間望遠鏡（JWST）獲得恒星星光穿過行星大氣時留下的吸收痕跡，這些痕跡能夠反映行星大氣中的物質及其含量。該方法類似于通過紫外線燈照射紙幣時看到的水印，來判斷貨幣真假。不同的是，這一方法是從光譜而不是圖像中尋找“水印”。
在迄今宇宙中已發現的5800多顆太陽系外行星中，K2—18b屬于最常見的類型之一。2015年，它被開普勒太空望遠鏡發現。K2—18b的質量約為地球的8.6倍，體積約為地球的2.6倍，處于行星宜居帶。2019年，有兩個國際團隊利用哈勃空間望遠鏡研究了K2—18b的大氣，認為其富含水蒸氣。不過后來有觀測和分析認為，所謂的水蒸氣或許是甲烷。雖然二者很難區分，但考慮到K2—18b的溫度環境，甲烷的可能性更大。
2023年，馬杜蘇丹團隊利用JWST數據確認K2—18b大氣中以甲烷和二氧化碳為主，并首次提出可能存在二甲基硫醚。在此次研究中，他們利用更長波段的JWST數據，使得探測置信度首次超過3，達到3.4。天文學家一般認為置信度達到3是探測的底線，到5是比較可靠的探測。研究團隊認為，這是首次在一顆處于宜居帶的系外行星大氣層中發現碳基分子。這些結果與對“氫海行星”的預測相符：即在其富含氫氣的大氣層之下，是一個被海洋覆蓋的宜居世界。
對此結果，國際上也有不少研究者提出質疑。一些研究認為，這些觀測數據“存在較大噪聲干擾，所有已報告的特征可能只是統計波動”。同時，很多其他分子的模型也能給出類似甚至略好的擬合效果。對于K2—18b上是否存在水的問題，美國密歇根大學的研究者認為，K2—18b更可能是一顆類似海王星的氣態行星，甚至沒有實體表面。此外，實驗室天體物理學家在還原性大氣中通過化學反應也生成了二甲基硫醚，研究星際介質的專家提出二甲基硫醚可能來自太空。因此，即使K2—18b上存在二甲基硫醚，它們或許由非生命過程產生，甚至還可能來自星際介質。
太陽系外是否有生命存在？這個問題一直吸引著人類。宇宙浩渺無垠，恒星之間極為遙遠，目前只能依靠類似JWST的天文望遠鏡來獲取這些行星的光譜。當前比較公認的生命信號探針包括如下情況：如果發現某顆行星大氣中存在明顯的氧氣或者強烈的紫外吸收（由臭氧層導致）以及甲烷，那么生命就有可能存在；如果行星光譜存在“紅色邊緣”或類似的光譜特征，那么這顆星球可能類似于白堊紀年代的地球，地表幾乎全是森林，綠色植物的葉綠素選擇性吸收了藍光和紅光，產生了“紅色邊緣”效應。
科學探索永無止境。為推進相關研究，有不少國家制定了探測系外生命的發展規劃，包括中國的天鄰計劃和覓音計劃、美國的宜居世界天文臺項目和歐洲的生命項目等。我們相信，隨著天文望遠鏡和觀測水平的提升、行星大氣模型的發展、天體生物學的興起，越來越多的觀察、仿真、實驗和模擬將幫助人們獲得更多關于生命信號探針的認知。
（作者為中國科學院國家天文臺研究員）
