韋伯望遠鏡：數小時內偵測外星生命的關鍵

科學家們正在重新思考如何偵測外星生命，他們將焦點轉向與地球截然不同的行星。過去，科學家們常以氧氣等熟悉的生物標記作為搜尋目標，但現在他們開始研究甲基鹵化物——這種由地球上的微生物產生的氣體，在富含氫氣的「海希安行星」大氣中可能更容易被偵測到。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）僅需數小時便能偵測到這些氣體，使得尋找外星生命的效率大幅提升。

在最近發表於《天體物理學期刊快報》的研究中，加州大學河濱分校的研究人員指出，甲基鹵化物可能成為潛在的生物標記。這些氣體在太陽系外的行星大氣中可能被韋伯望遠鏡偵測到。甲基鹵化物是由甲基基團（一個碳原子和三個氫原子）與鹵素原子（如氯或溴）結合而成的化合物，在地球上主要由細菌、海洋藻類、真菌和某些植物產生。

生物標記是暗示生命存在的化學、物理或生物指標，包括行星大氣中的特定氣體、有機分子或光譜中的生物活動跡象。科學家們在系外行星上搜尋這些標記，以判斷地球之外是否存在生命。然而，偵測這些氣體的主要挑戰在於，類地行星通常太小且太暗，韋伯望遠鏡難以詳細觀察。

因此，韋伯望遠鏡將目標轉向環繞小型紅矮星執行的海希安行星，這些行星擁有深層全球海洋和濃厚的氫氣大氣層。雖然人類無法在這樣的環境中生存，但某些微生物可能在此茁壯成長。與類地行星相比，海希安行星的大氣噪音較少，望遠鏡的偵測限制也較低，使得生物標記的訊號更加清晰。

研究人員認為，目前在海希安行星上搜尋甲基鹵化物是最佳策略。氧氣在類地行星上難以偵測，但甲基鹵化物在海希安行星上提供了利用現有技術偵測的獨特機會。此外，尋找這些氣體比搜尋其他生物標記氣體更容易，韋伯望遠鏡僅需13小時便能完成偵測，這比偵測氧氣或甲烷所需的時間更短，成本也更低。

雖然地球上的生命形式會產生甲基鹵化物，但這種氣體在大氣中的濃度很低。由於海希安行星的大氣組成與地球截然不同，且環繞不同型別的恆星執行，這些氣體可能在其大氣中累積，並從數光年之外被偵測到。如果發現這些微生物，它們將是厭氧生物，適應極端環境，其代謝產物可能包括甲基鹵化物。

這項研究基於先前對不同生物標記氣體的研究，包括二甲基硫化物。然而，甲基鹵化物因其在紅外光中的強吸收特性以及在氫氣主導的大氣中高累積的潛力，顯得特別有前景。雖然韋伯望遠鏡是目前最適合這項搜尋的工具，但未來的望遠鏡，如歐洲的LIFE任務，可能使偵測這些氣體更加容易。

研究人員計劃將這項工作擴充套件到其他行星型別和氣體上。例如，他們已對索爾頓海產生的鹵化氣體進行測量，這些氣體在其他極端環境中可能更為常見。儘管研究人員不斷突破偵測的界限，他們也承認，直接取樣系外行星大氣仍是目前無法實現的目標。然而，望遠鏡技術和系外行星研究的進展，或許有一天能讓我們更接近回答人類最大的問題：我們是否孤單？

參考文獻：Michaela Leung等人，《在可能的「海希安型」大氣中甲基鹵化物累積與偵測潛力的研究》，2025年3月11日，《天體物理學期刊快報》。DOI: 10.3847/2041-8213/adb558