在一个外星世界中检测到这种特殊的气体

外星世界探测到这种特殊气体迄今为止，已在3247个星系中确认了4375颗系外行星，另有5856颗候选行星正在等待确认。

近年来，对系外行星的研究开始从发现过程向表征过程转变。这一过程有望加快下一代望远镜的部署。因此，天体生物学家正在努力创建一个全面的“生物印记”可能性清单，其中涉及化合物（氧气、二氧化碳、水等）和与生命相关的进化过程。

在他们的研究中，麻省理工学院的团队研究了越来越多的可能的生物特征，天文学家将在未来几年寻找这些特征。到目前为止，绝大多数系外行星都是通过间接方法探测和确认的。在很大程度上，天文学家大多依赖凌日法（transitphotometry）和视向速度法（YaoMingspectroscopy）。只有少数可以通过直接成像检测到，因此很难表征系外行星的大气层和表面。

只有在极少数情况下，天文学家才能获得光谱，从而确定系外行星大气中的化合物。这要么是穿过系外行星大气层的光在其恒星前方传输的结果，要么是在少数情况下发生的直接成像，可以从系外行星大气层的光反射中进行研究。

这在很大程度上与我们当前望远镜的局限性有关，这些望远镜没有必要的分辨率来观察更靠近恒星的较小的岩石行星。

天文学家和天体生物学家认为，正是这些行星最有可能适合居住，但从它们的表面和大气层反射的任何光都被它们的恒星发出的光所掩盖。然而，随着下一代詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)等仪器进入太空，这种情况可能很快就会改变。麻省理工学院物理学和行星科学教授SarahSeeger领导负责这项研究的研究团队（又名Seeger小组），并且是该论文的合著者。

正如她通过电子邮件告诉Cosmos的那样，“随着即将于2021年10月发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜，我们将首先有能力找到具有生物特征的气体——但这将很困难，因为小型岩石行星的大气信号太虚弱了。随着工作的到来，从事该领域工作的人数急剧增加。像这样的研究提出了新的潜在生物特征气体，而其他研究甚至对氧气等气体也显示出潜在的误报。“

一旦部署和运行，JWST将能够以更长的波长（在近红外和中红外范围内）观察我们的宇宙，并且灵敏度大大提高。该望远镜还将依靠一系列光谱仪来获取成分数据，并使用日冕仪来阻挡母星的遮蔽光线。这项技术将使天文学家能够描述较小的岩石行星的大气特征。反过来，这些数据将使科学家能够预测系外行星的特性。限制甚至可能导致已知（和/或潜在）生物印记的发现。如前所述，这些“生物印记”包括与生命和生物过程相关的化学标志，更不用说它所青睐的条件类型了。

这些气体包括氧气(o2)，它对地球上大多数生命形式都是必不可少的，由光合生物（植物、树木、蓝藻等）产生。这些生物代谢二氧化碳(CO2)，氧气氧化生命并将其作为废物排放.还有水(H2O)和甲烷（腐烂的有机物释放的CH4），这对我们所知的所有生命都是必不可少的。由于火山活动被认为对行星的宜居性起着重要作用，与火山活动相关的化学副产品——硫化氢(H2S)、二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)、氢气(H2)等——也被认为是生物印记。Zhan、Seeger和他们的同事希望在此列表中添加另一种可能的生物印记——异戊二烯。

正如Zhan解释的那样：“我们在麻省理工学院的研究小组专注于使用整体方法探索所有可能的气体作为潜在的生物印记气体。我们之前的工作促成了所有小分子数据库的创建。我们继续使用数据驱动的机器学习方法筛选ASM数据库，以确定最合理的生物特征候选者，其中之一是异丁二烯。与其堂兄甲烷一样，异丁二烯是一种有机碳氢化合物分子，由地球上的各种物种作为次级代谢产物产生。除了落叶树，异丁二烯还由各种进化距离较远的生物体产生——例如细菌、植物和动物。正如Seeger解释的那样，这使它成为一种潜在的生物印记。“异戊二烯非常有前途，因为它是地球上生命产生的巨大物质——就像甲烷一样！”此外，在遥远的地方进化的各种生命形式（从细菌到植物和动物）都会产生异丁二烯，这表明这异丁二烯可能是其他地方生命赖以建立的某种关键基石。Zhang、Seeger和他们的团队选择关注贫氧大气层。这些环境主要由氢气、二氧化碳和氮气（n2）构成，类似于地球原始大气层构成的环境。根据他们的发现，原行星（生命诞生的地方）的大气层应该富含异戊二烯。这可能是4亿到25亿年前地球上的情况，当时单细胞生物是唯一的生物，光合蓝藻正在慢慢地将地球大气层转化为富氧生命。到25亿年前，这在“大氧化事件”(GEO)中达到顶峰，事实证明它对许多生物体（以及异丁二烯等代谢物）有毒。

也是在这段时间里，复杂的生命形式（真核生物和多细胞生物）开始出现。在这方面，异戊二烯可以用来描述那些处于重大演化转变中的行星，并为未来的动物门奠定基础。但正如Zhang指出的那样，梳理出这种潜在的生物识别技术也将是一个挑战，即使对于JWST也是如此。

使用异戊二烯作为生物标志物的注意事项是：检测需要10x-100x。甲烷或其他碳氢化合物的存在可能会阻碍近红外异戊二烯化合物光谱特征的检测。异戊二烯的独特检测将具有挑战性，因为许多碳氢化合物分子在近红外波长中具有相似的光谱特征。但未来专注于中红外波长的望远镜将能够独特地检测异丁二烯的光谱特征。

除了JWST，南希格雷斯罗马太空望远镜（哈勃任务的继任者）也将于2025年进入太空。该天文台将拥有“100颗鹅卵石”的威力，其最近升级的红外滤光片将允许它通过与JWST和其他“大天文台”的合作来描述系外行星。

在不断更新的仪器、快速改进的数据分析技术以及我们方法的改进之间，系外行星的研究只会进一步加速。除了有成千上万的观点可供研究（其中许多将是岩石和“类地”），我们对它们的前所未有的看法将使我们能够看到有多少可居住的世界。

但有一件事是明确的：在未来几年，当天文学家开始梳理所有关于系外行星大气层的新数据时，他们将拥有一份全面的生物特征清单来指导他们。

Sig和Jen之前的工作包括火星温室的概念，可以为四名宇航员提供空间，并提供两年所需的所有食物。被称为生物圈项目的外星住宅建筑（海狸）的温室在2019年美国宇航局大创意挑战赛中获得第二名。

BY:MATTWILLIAMS,UNIVERSETODAY

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