韦伯望远镜将在那里寻找生命迹象

本月将标志着寻找外星生命的新篇章，届时最强大的太空望远镜将开始监视围绕其他恒星运行的行星。 天文学家希望詹姆斯韦伯太空望远镜能够揭示其中一些行星是否具有可能支持生命的大气层。

确定另一个太阳系的大气已经足够酷了。 但是有一个机会——尽管很小——其中一种大气提供了所谓的生物特征：对生命本身的参考。

亚利桑那大学的天文学家梅根曼斯菲尔德说：“我认为我们将能够找到我们认为有趣的行星——你知道，生命的美好前景。” “但我们不一定能够立即识别生命。”

到目前为止，地球仍然是宇宙中唯一已知存在生命的行星。 近 60 年来，科学家们一直在向火星发射探测器，但至今仍未找到火星。 但可以想象，生命隐藏在这颗红色星球的表面之下，或者等待在木星或土星的卫星上被发现。 一些学者对此表示希望 金星尽管二氧化硫云的灼热气氛，它可能是金星孩子的家。

即使地球是我们太阳系中唯一拥有生命的行星，宇宙中的许多其他太阳系也拥有所谓的系外行星。

1995 年，瑞士天文学家发现了第一颗围绕类太阳恒星运行的系外行星。 这颗被称为 51 Pegasi b 的系外行星被证明是一个毫无希望的生命家园——一颗比木星还大的蓬松气态巨行星，温度高达 1800 华氏度。

在随后的几年里，科学家们发现 超过 5,000 颗其他系外行星. 有些与地球非常相似——大小大致相同，由岩石而不是气体构成，并在其恒星周围的“金发姑娘区”中运行，不太靠近烹饪，但也不足以冻结。

不幸的是，直到现在，这些系外行星相对较小的尺寸使得它们极难研究。 去年圣诞节发射的詹姆斯韦伯太空望远镜将改变这一点，它充当放大镜，让天文学家更仔细地观察这些世界。

自法属圭亚那库鲁发射以来，该望远镜已 我旅游过 它距离地球一百万英里，进入绕太阳运行的轨道。 在那里，一面盾牌保护着他 21 英尺高的镜子免受来自太阳或地面的任何热量或光线的影响。 在这种深沉的黑暗中，望远镜可以探测到微弱的遥远光线，包括那些可以揭示遥远行星新细节的光线。

曼斯菲尔德博士说，太空望远镜“是第一个在设计中考虑到系外行星大气研究的大型太空天文台”。

NASA 工程师于 6 月中旬开始使用韦伯望远镜拍摄一系列物体的照片，并将于 7 月 12 日向公众发布他们的第一张照片。

该计划的首席科学家埃里克史密斯说，系外行星将出现在第一批图像中。 由于望远镜将花费相对较短的时间观察系外行星，史密斯博士认为这些第一张图像是对望远镜功率的“快速而肮脏”的观察。

这些快速观察将遵循一系列更长的观测，从 7 月开始，提供系外行星的更清晰图像。

许多天文学家团队计划看看 七颗行星 围绕一颗名为 Trappist-1 的恒星运行。 先前的观察表明，其中三颗行星占据了宜居带。

“这是寻找太阳系外生命痕迹的理想场所，”蒙特利尔大学研究生奥利维亚·林说，她将于 7 月 4 日左右开始观察 Trappist-1 行星。

由于 Trappist-1 是一颗小而冷的恒星，它的宜居带比我们的太阳系更近。 结果，它的潜在宜居行星在近距离运行，只需要几天时间就能绕恒星运行。 每次行星经过 Trappist-1 的前面时，科学家们将能够解决一个基本但至关重要的问题：它们中是否有大气层？

康奈尔大学的天文学家妮可·刘易斯说：“如果它没有空气，即使它在可居住的区域，它也不适合居住。”

如果没有发现行星 Trappist-1 周围的大气层，刘易斯博士和其他天文学家不会感到惊讶。 即使行星在形成时已经形成了大气层，这颗恒星也可能在很久以前就使用紫外线和 X 射线将它们吹走了。

曼斯菲尔德博士说：“他们有可能在行星有机会开始创造生命之前就将其全部大气层剥离。” “这是我们在这里试图回答的第一个问题：这些行星是否有足够长的大气层来发展生命。”

一颗从 Trappist-1 前面经过的行星会产生一个小阴影，但这个阴影太小，太空望远镜无法捕捉到。 相反，望远镜将检测到来自恒星的光线轻微变暗。

“这就像闭着眼睛看日食，”在约翰霍普金斯应用物理实验室从事博士后研究的天文学家雅各布·卢斯蒂格-杰格说。 “你可能感觉到光线变暗了。”

一颗有大气层的行星会使它后面的恒星变暗，这与裸行星不同。 一些恒星的光会直接穿过大气层，但气体会吸收某些波长的光。 如果天文学家只观察这些波长的星光，这颗行星会使 Trappist-1 变得更加暗淡。

望远镜会将这些 Trappist-1 观测结果发送回地球。 然后你会收到一封电子邮件，比如“嘿，你的数据可用，”曼斯菲尔德博士说。

但是来自 Trappist-1 的光会非常微弱，需要时间才能理解它。 “你的眼睛习惯于每秒处理数百万个光子，”史密斯博士说。 “但这些望远镜，它们每秒只收集几个光子。”

在曼斯菲尔德博士或她的其他天文学家能够分析经过 Trappist-1 前面的系外行星之前，他们首先必须将它们与望远镜特殊机制产生的微小波动区分开来。

“我实际上做的很多工作是确保我们仔细纠正望远镜所做的任何奇怪的事情，这样我们就可以看到那些非常小的信号，”曼斯菲尔德博士说。

在这些努力结束时，曼斯菲尔德博士和她的同事可能会发现 Trappist-1 周围的气氛。 但仅凭这一结果并不能揭示大气的性质。 它可能富含氮和氧，就像在地球上一样，或者类似于金星上的二氧化碳和硫酸的有毒汤。 或者它可能是科学家从未见过的组合。

“我们不知道这些大气层是由什么构成的，”丹麦技术大学的天文学家亚历山大·拉斯克说。 “我们有想法和模拟以及所有这些东西，但我们真的没有任何想法。我们必须去看看。”

詹姆斯韦伯太空望远镜，有时被称为 JWST，可能被证明足以确定系外行星大气的特定成分，因为每种类型的粒子吸收不同波长范围的光。

但这些发现将取决于外行星的天气。 一层明亮的反射云层可以阻挡任何星光进入系外行星的大气层，破坏任何寻找太空空气的尝试。

“真的很难区分有云的大气层和没有大气层的大气层，”Rathcke 博士说。

如果天气好的话，天文学家特别热衷于找出系外行星的大气中是否有水。 至少在地球上，水是生物学的先决条件。 “我们认为这可能是寻找生命的一个很好的起点，”曼斯菲尔德博士说。

但含水的大气层并不一定意味着系外行星有生命。 为了确保一颗行星是有生命的，科学家们必须发现一种生物标志物、一个分子或一组由生物体形成的典型分子。

科学家们仍在争论什么是可靠的生物印记。 地球的大气层在我们的太阳系中是独一无二的，因为它含有大量的氧气，主要是植物和藻类的产物。 但是，当空气中的水分子分裂时，氧气也可以在没有生命的帮助下产生。 同样，甲烷可以由活微生物释放，也可以由火山释放。

有可能存在一定的气体平衡，可以提供清晰的生命印记，没有生命的帮助是无法维持的。

“我们需要非常有利的场景来找到这些重要的指纹，”Rathcke 博士说。 “我并不是说这不可能。我只是认为这很牵强。我们需要非常幸运。”

加州大学圣克鲁兹分校的行星科学家 Joshua Krissansen-Totton 说，要找到这样的平衡，就需要韦伯望远镜观察一颗经常从 Trappist-1 前方经过的行星。

“如果有人在接下来的五年里站出来说，‘是的，我们找到了 JWST 的生活，’我会非常怀疑这种说法，”Chrisansen-Totton 博士说。

詹姆斯韦伯太空望远镜有可能根本无法找到生物特征。 这项任务可能要等待十多年后的下一代太空望远镜。 这些系外行星的研究方式与人们在夜空中观察火星或金星的方式相同：通过观察星光在太空黑色背景下的反射，而不是在它们经过恒星前时。

“大多数情况下，我们将为未来的望远镜奠定非常重要的基础，”Rathcke 博士预测道。 “如果 JWST 引入生物指纹检测，我会感到非常惊讶，但我希望得到纠正。我的意思是，这基本上就是我做这项工作的目的。”