2025年4月17日傳來一個震驚世界的消息，劍橋大學(xué)團隊在對距離地球124光年的系外行星研究中，探測到了一些特殊的分子特征，這些特征被認為是迄今為止太陽系外最強生命跡象，該研究已發(fā)表于《天體物理學(xué)快報》雜志上。

我們知道，在浩瀚無垠的宇宙中，存在著無數(shù)顆恒星，而我們太陽只是其中一顆很普通的中小恒星。但偏偏在這顆看起來很普通的恒星周圍，存在一顆奇異的藍色星球 - 地球，更為奇妙的是，在這里孕育了生命，而且具有能夠創(chuàng)造文明的人類。

宇宙中有無數(shù)顆“太陽”，似乎像地球這樣的生命搖籃也應(yīng)該很普遍存在。人類渴望知音，但迄今為止，人類在地球之外還連生命的一根毛都沒發(fā)現(xiàn)，這是為什么呢？

或許是因為宇宙太廣袤了，廣袤得太陽系甚至銀河系都像一粒塵埃。而人類的目光，即便借助如今最先進巨大的望遠鏡，也無法看清任何一顆除了太陽以外的恒星，更別說比恒星小萬倍以上的系外行星了。

現(xiàn)在，科學(xué)觀測即便對太陽系以內(nèi)的行星，除了金星和火星，稍遠點的就只能看到幾個像素，無法看清表面。但科學(xué)界卻聲稱，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了四五千顆太陽系外行星，甚至發(fā)現(xiàn)有些行星具備生命存在的條件?？茖W(xué)家們是如何知道這些信息的呢？

原來，這些發(fā)現(xiàn)都是依靠現(xiàn)代科學(xué)手段，通過觀測得到的各種數(shù)據(jù)，經(jīng)過精密計算得到的結(jié)果，而并非是真的看到那里有些什么。也就是說，這個世界并非是眼見為實，有時候眼見了并不一定為實，沒看到反而能證實其存在呢，這就是科學(xué)。

比如空氣，科學(xué)可以證實它的存在，但人眼卻看不見，無法證實。

在發(fā)現(xiàn)和觀測系外行星的各種方法中，采集獲取行星的化學(xué)指紋是其中最重要的一種。我們知道，現(xiàn)代科學(xué)能夠通過一個人的指紋，得到這個人獨特唯一的個人信息。所謂行星化學(xué)指紋，就是系外行星大氣中獨特的化學(xué)成分，這些特征就像人類的指紋一樣具有唯一性，通過對這些化學(xué)指紋的分析，天文學(xué)家們就能推導(dǎo)出這顆行星的特殊環(huán)境，是否具有生命存在的條件。

因此，現(xiàn)代科學(xué)觀測雖然無法真正的看見任何一顆系外行星，但卻可以采集到系外行星的化學(xué)指紋。其中，主要是通過觀測行星光譜變化，得到其大氣成分和溫度數(shù)據(jù)，常用的方法和技術(shù)包括但不限于：

凌星法

其原理是，當(dāng)系外行星從恒星前方經(jīng)過時，恒星的光線會穿過行星的大氣層，大氣層中的各種化學(xué)物質(zhì)會吸收特定波長的光，從而在恒星的光譜中形成吸收線。通過對這些吸收線的分析，就可以得到系外行星大氣的化學(xué)指紋。

凌星法使用的設(shè)備主要有地面或太空的大型望遠鏡，如哈勃空間望遠鏡、開普勒太空望遠鏡等。其中，哈勃空間望遠鏡在近紫外到近紅外波段具有很高的觀測精度，能夠探測到系外行星大氣中多種化學(xué)物質(zhì)的吸收線。

直接成像法

其原理是，對一些距離較近且巨大的系外行星可以直接成像，分析其大氣的光譜。這種方法需要將行星的光與恒星的光分離，難度較大，但可以提供更詳細的行星大氣信息。

這種方法的觀測設(shè)備，一般使用自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)來校正大氣抖動，以及特殊的成像技術(shù)來抑制恒星的強光。例如，歐洲南方天文臺的甚大望遠鏡（VLT），其配備了自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)；專門的系外行星成像儀器，如 SPHERE 和 GPI，能夠在近紅外波段對系外行星進行直接成像和光譜觀測。

徑向速度法

其原理是，恒星和行星之間的引力相互作用，會導(dǎo)致恒星產(chǎn)生微小的周期性運動，利用這種引力攝動，通過觀測恒星光譜的多普勒頻移來探測行星的存在。

這種方法的關(guān)鍵設(shè)備是高精度的光譜儀，如位于智利的高精度徑向速度行星搜索器（HARPS），能夠精確測量恒星光譜的多普勒頻移，從而發(fā)現(xiàn)系外行星，并為研究行星大氣提供重要的數(shù)據(jù)。

此外，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，天文學(xué)家還在探索其他方法來獲取系外行星的大氣化學(xué)指紋，如利用引力微透鏡效應(yīng)等；新的觀測設(shè)備和技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)，如詹姆斯?韋伯空間望遠鏡（JWST），它具有更高的分辨率和更寬的波長覆蓋范圍，將為系外行星大氣研究提供更強大的工具。

系外行星大氣中的化學(xué)指紋，是指在系外行星大氣中存在的一些特定化學(xué)物質(zhì)或化學(xué)特征，它們能夠為我們提供關(guān)于系外行星的成分、形成和演化過程等方面的重要信息。

常見的系外行星化學(xué)指紋包括但不限于以下內(nèi)容：

水

水是一種常見的化學(xué)指紋。在系外行星大氣中，水的存在可以通過其在紅外波段的吸收特征來識別。水的存在對于判斷行星是否具有適宜生命存在的條件具有重要意義，因為水是生命存在的重要基礎(chǔ)之一。

二氧化碳

二氧化碳也是一種重要的化學(xué)指紋。它在紅外波段有獨特的吸收特征，可以幫助天文學(xué)家了解行星的大氣組成和氣候條件。在一些系外行星上，二氧化碳可能是大氣的主要成分之一，其含量和分布情況對于研究行星的氣候演化具有重要價值。

甲烷

甲烷在紅外波段也有明顯的吸收特征。它的存在可能與行星上的生物活動或地質(zhì)過程有關(guān)。例如，在地球上，甲烷主要是由生物活動產(chǎn)生的，因此在系外行星大氣中發(fā)現(xiàn)甲烷，可能暗示著該行星上存在生命的可能性。

氧氣和臭氧

氧氣和臭氧是與生命存在密切相關(guān)的化學(xué)指紋。氧氣在可見光和紅外波段有吸收特征，臭氧則在紫外波段有強烈的吸收。在地球上，氧氣和臭氧的存在是生命活動的結(jié)果，因此在系外行星大氣中發(fā)現(xiàn)這些氣體，將是尋找外星生命的重要線索。

對行星特定化學(xué)指紋的研究有著重要意義。既可以了解行星的形成和演化，也可以探索宇宙中地外生命的線索，同時通過行星之間的特殊化學(xué)指紋比較，更好的了解理解行星的多樣性和共性，不斷認知行星系統(tǒng)形成和演化的規(guī)律。

現(xiàn)在，我們回到開始的話題，科學(xué)家們到底發(fā)現(xiàn)了哪顆行星的哪些化學(xué)指紋，而倍感振奮呢？

這顆行星叫 K2 - 18b，也被稱為EPIC 201912552 b，是一顆坐落在獅子座方位，圍繞紅矮星 K2 - 18 運行的太陽系外行星，距離地球約為124光年，于2015年被開普勒太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)。經(jīng)過多年觀測研究，發(fā)現(xiàn)那里的大氣化學(xué)指紋有許多令人感興趣的特征，而最近的發(fā)現(xiàn)尤為令人振奮：

2019 年，加拿大蒙特利爾大學(xué)和倫敦大學(xué)的研究人員使用哈勃太空望遠鏡研究發(fā)現(xiàn)，K2 - 18b 的大氣中含有高濃度的水蒸氣，其范圍可能介于 0.01% 至 12.5% 之間，最高可達 20% 至 50%。這是太陽系外行星存在液態(tài)水的證據(jù)，意味著該行星可能存在大量的液態(tài)水，甚至很可能其表面被海洋覆蓋。

詹姆斯?韋布空間望遠鏡最近的觀測發(fā)現(xiàn)，K2-18b 大氣中存在甲烷、二氧化碳以及二甲基硫醚（DMS）和二甲基二硫醚（DMDS）等。這些發(fā)現(xiàn)與 “氫海行星” 的理論預(yù)測相符，即其富含氫氣的大氣層之下，可能是一個被海洋覆蓋的宜居世界。

通過前面說的凌星法、徑向速度法等科學(xué)觀測方法，天文學(xué)家們還得到了 K2 - 18b 行星的大小、質(zhì)量和表面溫度等信息，估算出其質(zhì)量約為地球的 8.6 倍，直徑約為地球的 2 倍，被歸類為超級地球或次海王星。其公轉(zhuǎn)軌道位于恒星的宜居帶內(nèi)，公轉(zhuǎn)周期為33天，平均溫度估計約為 265±5K（8±5℃），在這樣的溫度條件下，水有可能以液態(tài)形式存在于行星表面。

4月17日，英國劍橋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的天文學(xué)家團隊在《天體物理學(xué)快報》雜志上發(fā)表研究，他們在2023年觀測到極其微弱的DMS蹤跡基礎(chǔ)上，當(dāng) K2-18 b 在其主恒星面前經(jīng)過時，借助詹姆斯?韋布空間望遠鏡中的紅外相機，探測到清晰而強烈的DMS和DMDS波長信號。這些在地球上只有微生物（如海洋浮游生物）才能產(chǎn)生的化學(xué)特征，成為迄今為止太陽系外存在生物活動的 “最有力證據(jù)”。

當(dāng)然，這些分析和觀測只是增加了 K2-18 b 存在生命的可能性，并不足以確鑿地證明其上真的存在生命，因為宇宙中有可能存在其他未知非生物化學(xué)過程也能產(chǎn)生這些分子，現(xiàn)在只是基于人類目前認知以及對 K2 - 18b 的研究而得出的推測。

由此，人類要真正找到地外生命還任重道遠。今天的技術(shù)限制了宇航速度，似乎對如此遙遠的星球，即便真的存在生命，適宜人類居住，也只能可望不可及。但未來隨著人類深空航行技術(shù)的突破，到達諸如 K2 - 18b 這種距離星球的可能性必將越來越大，那里或?qū)⒊蔀槿祟愇磥碇趁竦?？我們期待?/p>

時空通訊原創(chuàng)文章，請尊重作者版權(quán)，感謝閱讀。