圖片來源：pixabay.com

當一顆係外行星經過它的恒星前麵時，我們(men) 就能對其大氣進行探測。因為(wei) 在這種所謂的淩日事件發生時，恒星的光必須穿過行星的大氣，才能到達我們(men) 這裏，而其中一些光在這個(ge) 過程中被吸收。因此通過觀察恒星的光譜，也就是根據波長被“分解”的光，並計算出“丟(diu) 失”的部分，就能揭示行星大氣的氣體(ti) 組成。一再推遲發射的詹姆斯·韋伯空間望遠鏡的未來目標之一，就是觀測記錄係外行星的大氣。

科學家會(hui) 借助一些“生物標記氣體(ti) ”（biosesignature gas）來探索行星上生命的可能，比如有些氣體(ti) 成分需要通過生命過程來維持。地球大氣中所含有的甲烷（CH₄）就是如此，它與(yu) 氧氣會(hui) 自然反應生成二氧化碳，但它能通過生物過程不斷補充。從(cong) 另一個(ge) 角度看，如果沒有光合微生物在大約始於(yu) 24億(yi) 年前的大氧化事件中將氧氣從(cong) 二氧化碳中“放”出來，那麽(me) 大氣中的氧氣也根本不會(hui) 存在。

盡管如此，但如果外星生命所利用的是與(yu) 我們(men) 不同的化學呢？發表在《自然·天文學》上的一項新研究認為(wei) ，想要盡可能利用大氣來尋找生命證據，或許需要擴大我們(men) 的搜索範圍，除了類地行星之外，可能也還要關(guan) 注那些大氣中富含氫氣的行星。係外行星天文學家Sara Seager和團隊用實驗證明，一些微生物能在100%由氫氣組成的大氣中生存繁衍。

氫氣是所有分子中最輕的，它很容易逃逸到太空。因此一顆岩質行星要有足夠強的引力來維係這樣的大氣，它要是個(ge) “超級地球”，質量約是地球的2到10倍才行。這些氫氣要麽(me) 是直接從(cong) 行星生長的氣體(ti) 雲(yun) 中獲取的，要麽(me) 是後來由鐵和水發生化學反應而釋放出來的。

由於(yu) 氫氣非常輕，以氫氣為(wei) 主（或者完全由氫氣組成）的大氣包層最多可以比地球大氣層厚14倍，使得在光譜數據中很容易就能發現它們(men) 。更大的厚度將可以提高我們(men) 用光學望遠鏡直接成像來觀測這種大氣的機會(hui) 。

研究人員在實驗室進行了實驗，他們(men) 把大腸杆菌和酵母放在裝有營養(yang) 液的小瓶裏，這兩(liang) 種生物常常被當作其他單細胞生物的“替身”。研究人員將6個(ge) 瓶子裏的空氣分別替換成純氫氣、純氦氣，以及80%氮氣和20%二氧化碳的混合物。還有一組瓶子裏裝的是地球上的空氣。

每隔幾個(ge) 小時，研究人員就用皮下針頭除去一些微生物，計算有多少微生物仍然存活。他們(men) 發現，雖然在普通的地球空氣中，這些微生物繁衍得最為(wei) 旺盛；但同時它們(men) 也能在每一種被測試的大氣成分中增殖，也就是說，它們(men) 可以在完全沒有氧氣的氫氣環境下生存和繁殖。

這項研究還發現，盡管大腸杆菌是種非常簡單的生物，但在氫氣環境中，它們(men) 能產(chan) 生的氣體(ti) 有著“驚人的多樣性”。其中許多氣體(ti) ，如二甲基硫醚、羰基硫和異戊二烯，都可以成為(wei) 富含氫氣的大氣中可探測的生物標記。這有望增加我們(men) 在係外行星上識別生命跡象的機會(hui) 。

○ 根據現有數據製作的大腸杆菌產(chan) 生氣體(ti) 的光譜特征。| 圖片來源：參考來源[3]

Seager表示，雖然我們(men) 已經知道，地殼中有許多微生物可以在富含氫氣的環境中生存，甚至在地球上也發現了不依賴氧氣存活的多細胞生物。但之前從(cong) 未讓微生物在純氫氣的環境中經受過“考驗”，因此這是項很有價(jia) 值的實驗。

對生命而言，僅(jin) 有富含氫氣的大氣可能還不夠，在岩質行星表麵可能還需要有富含其他營養(yang) 物質的“營養(yang) 液”才行，比如液態水的海洋。新研究還提到，足夠濃度的氫氣分子可以充當溫室氣體(ti) 。這可以使行星表麵維持足夠高的溫度，為(wei) 液態水的存在創造可能，從(cong) 而使生命得以有機會(hui) 湧現。

對於(yu) 天體(ti) 生物學家來說，氫呼吸生命似乎已經成了一種“既定設定”。有知覺的呼吸氫氣的生命早就出現在了一些科幻小說中。而新的研究清晰地表明了，如果地球上的生命可以在純氫氣環境下生存，那麽(me) 外星生命自然也有可能。這樣的結果似乎是在提醒我們(men) ，當我們(men) 在研究其他行星時，或許應該盡量跳出“以地球為(wei) 中心”的思維框架，摒棄一些因“地球常識”而設置的局限，大膽地思考一些更有趣的可能。

參考來源：

[1] https://theconversation.com/hydrogen-breathing-aliens-study-suggests-new-approach-to-finding-extraterrestrial-life-137630

[2] https://www.sciencenews.org/article/planets-hydrogen-rich-atmosphere-alien-life

[3] https://www.nature.com/articles/s41550-020-1069-4

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