[비즈한국] 不久前，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的觀測結果顯示，在代號為K2-18b的外行星上發現了疑似生命訊號的痕跡，這一訊息引起了極大的關注。英國劍橋大學天文學家尼庫·馬杜蘇漢（Nikku Madhusudhan）領導的研究團隊於2023年分析了K2-18b行星的大氣層。該行星很早之前就因被認為是一顆表面完全由液態海洋覆蓋的“海洋行星”而備受矚目。去年，他的研究團隊利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡捕捉到了該行星凌日（從中心恆星前方經過）的瞬間，並分析了恆星光線穿過行星大氣層時產生的光譜。雖然尚不確定，但他們給出的結果暗示了二甲基硫醚（DMS）成分的存在（相關報道：[科學] 發現了一顆幾十億年前與地球相似的行星嗎？）。
一年後，他們再次利用韋伯望遠鏡觀測了同一地點，並給出了新的結果，即DMS存在的可能性比之前更高。DMS之所以受到更多關注，是因為在地球上，它被認為僅能透過細菌等生命活動產生。人們似乎認為，透過韋伯望遠鏡在120光年外的外行星上捕捉到了人類歷史上最明顯的生命活動證據。然而，自這一發布以來，學術界湧現出無數質疑和反駁論文，雙方陷入了激烈的對峙。
甚至有非常悲觀的觀點認為，最初嘗試用詹姆斯·韋伯望遠鏡尋找外星生命證據的行為本身可能就是毫無意義的。這背後有一個非常有趣的故事。最近提出質疑、對韋伯望遠鏡的分析持悲觀態度的天文學家是天體生物學及外行星領域的著名學者薩拉·西格（Sara Seager）。值得注意的是，她正是當年為尼庫·馬杜蘇漢頒發博士學位的指導教授，而馬杜蘇漢正是那個因為在K2-18b上提出生命訊號可能性而讓學術界沸騰的始作俑者。關於K2-18b存在外星生命可能性的爭議究竟是如何發展的？為何指導學生與指導教授會站在對立面？本文將為您介紹這場關於該外行星爭議的最新進展。
在馬杜蘇漢發表關於K2-18b存在外星生命可能性的論文後不久，一篇強烈反駁其觀點的論文隨即問世。這篇論文進行了一個非常有趣且簡單的測試：假設對K2-18b行星的大氣層沒有任何已知資訊，僅建立了一個在所有波長上都平坦的模型，並將實際觀測到的韋伯望遠鏡光譜與該平坦模型進行了偏離度對比。有趣的是，由於觀測到的光譜訊號本身非常微弱，實際上與假設沒有任何化學成分的平坦模型相比，在統計學上並沒有顯示出明顯的差異。
僅當在推測DMS會留下訊號的7µm和8.8µm波長處，以數學（高斯）正態分佈形式對光譜進行人為調整時，它看起來確實更能描述觀測到的光譜。但如果比較實際的統計數值，則沒有顯著差異。以此為根據，論文得出結論：最初透過韋伯望遠鏡觀測到的光譜中，完全找不到能夠證明DMS存在的明確統計學證據。批評者指出，如果懷著某種特定化學成分必然存在的願望，並在限定的成分範圍內對光譜進行建模分析，會導致結果被誇大和扭曲。
面對這類批評，馬杜蘇漢的團隊最近進行了更全面的補充分析。他們不再僅僅假設大氣層中只有幾十種候選化學成分，而是動員了幾乎所有能考慮到的分子，對多達650種各種型別的分子進行了建模。他們模擬了這些化學成分在不同含量下存在時的大氣狀況，從而在統計學上找出了最能還原K2-18b實際觀測光譜的情況，結果依然顯示高含量DMS的模型最為契合。
在這次補充分析中，除了DMS，二乙硫醚、二甲基二硫醚等更多樣化的化學成分存在的可能性也變得更高。有趣的是，這些分子在地球上都與包括細菌在內的生命活動密切相關。基於此，馬杜蘇漢團隊堅持認為，他們在K2-18b外行星上存在生命活動的觀點得到了進一步加強。
然而，即使該行星大氣層中真的存在DMS，是否只有生命活動才能產生這種化學成分，仍需進一步驗證。因為天文學家已經確認，在太陽系之外的宇宙空間中也存在DMS。例如，火星探測器“好奇號”在火星上檢測到了DMS，“羅塞塔”號探測器在67P彗星上檢測到了DMS。最近，在銀河系中心的分子云G+0.693-0.027中也檢測到了DMS。這暗示了即使不是外行星，在極端環境下的彗星或星際雲中也完全可以合成DMS。DMS未必一定是生命活動的指標，它可能只是遍佈銀河系各處（包括銀心）的一種非常普遍的分子。
尤其是K2-18b中檢測到的DMS含量非常高，這一點也令人懷疑。當時馬杜蘇漢的團隊聲稱K2-18b中DMS的含量高達10ppm，這意味著每100萬個大氣分子中就有1至10個DMS。這遠遠超過了地球的DMS含量。即使在充滿生命的地球上，DMS的濃度也僅在10億分之一左右。因此，按照馬杜蘇漢團隊的說法，K2-18b的DMS含量幾乎是地球的千倍。要維持如此高的濃度，必須做出一些戲劇性的假設：要麼該行星正處於像幾十年前的地球那樣，光合作用和生命活動爆發式增長的階段；要麼就是在與生命無關的情況下，該行星全境透過某種地質或化學機制自然產生了DMS。
在局勢變得更加複雜之際，天文學家們也提出了一個極其根本且致命的問題。正如前文所提到的，這是薩拉·西格（馬杜蘇漢的博士導師）提出的質疑。她最近透過一篇名為《詹姆斯·韋伯時代探索外行星生命活動指標的前景》的論文指出，批評稱即便使用韋伯望遠鏡，尋找外星生命跡象的行為也可能幾乎是毫無意義的嘗試。
在過去十年中，天文學家發現的外行星大多圍繞著比太陽輕10倍以上、更為矮小的紅矮星執行。由於恆星本身又小又溫和，為了維持足夠的溫度，行星必須在更小的軌道上執行。這使得行星能以更短的週期頻繁凌日，從而更容易被探測到。特別是詹姆斯·韋伯望遠鏡利用溫和恆星主要釋放的紅外線進行觀測，因此在探測紅矮星周圍的外行星方面具有一定優勢。
長期以來，天文學家一直期待在這樣細小矮小的紅矮星周圍探索外行星會更有利。如果恆星的亮度達到太陽水平甚至更高，那麼由於恆星本身太亮，即使行星凌日，也很難察覺到亮度的變化。此外，因為恆星光芒太強，即使部分光線穿過行星大氣層被吸收，留下的痕跡也會顯得微乎其微。相反，小型矮星如果被小型行星遮擋，亮度變化更明顯，留在光譜中的痕跡也更容易被識別。
然而，天文學家忽略了一個重要事實：矮星的表面活動可能更加狂暴。由於恆星本身很小，其表面到內部全層都會形成對流層，星內外的物質交換更為高效。同時，恆星體積小會導致自轉速度變快，這會使恆星周圍的磁場變得更加複雜纏繞。最終，紅矮星比太陽更頻繁地引發耀斑爆發，表面可能會形成足以覆蓋整個星面的巨大黑子。
這種狂暴的恆星表面活動對地球觀測到的光譜樣貌有著致命的影響。如果恆星表面出現巨大的黑子，從地球上看，很難分辨恆星變暗是因為黑子，還是因為外行星凌日。此外，由於巨大的黑子溫度更低、光線更暗，如果行星恰好遮擋了黑子區域，那麼外行星大氣成分在光譜中留下的痕跡可能會變得更模糊。黑子減弱的恆星光線本身就會模仿光譜中光量減少的吸收線，從而“汙染”光譜，最終導致無法將其與真正的行星大氣吸收痕跡區分開來。
西格指出，即便是現在的詹姆斯·韋伯也無法克服這一問題。她直言，即便透過韋伯望遠鏡獲得了疑似外行星大氣痕跡的光譜，也很難完全信任這些資料。西格強調，在分析外行星大氣成分時，必須考量這三個方面。
遺憾的是，根據西格的分析，與DMS相關的訊號並未滿足這三個條件。K2-18b是一個令人震驚的案例，它展示了在地球以外的外行星上也可能檢測到與生命活動密切相關的DMS類分子的可能性。但不幸的是，人類目前還沒有確鑿的工具來判斷這是否真的意味著外星生命的存在。
更令人沮喪的是，這種侷限並非僅僅因為觀測次數少，或者單純是因為望遠鏡效能尚不盡如人意而產生的細枝末節問題。這是我們今天判斷外行星生命存在可能性時最常用的方法——即分析行星凌日時恆星光譜的方法——本身所固有的先天性侷限。
最終，為了回答“宇宙中真的只有我們嗎”這一古老問題，我們需要構想出超越現有方法的新狩獵手段。最大的問題在於，人類目前尚未找到明確的替代方案。究竟哪種化學成分才能被稱為毫無疑問、最確鑿的生命活動指標？又該透過何種方式進行觀測，才能以高可信度檢測出該成分……這需要我們進行更本質、更深刻的思考。
參考
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
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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）是誰？他熱愛貓咪和宇宙。小時候看過《銀河鐵道999》後，便萌生了將宇宙之美傳播開來的夢想。目前在延世大學銀河進化研究中心及近宇宙論研究室，研究透過星系相互作用進行的演化，同時進行演講、撰稿等多種科學傳播活動。著有《曖昧中的天文臺》、《整天想宇宙》、《星，光的科學》等書籍。