如何通过对太阳系和系外行星的探索寻找生命的线索。

在太阳系内寻找地外生命，火星无疑是重点关注对象。作为与地球最为相似的行星，火星自19世纪起就引发了人们对“火星生命”的遐想。1976年，美国的“海盗号”探测器在火星表面进行了首次生命探测实验。尽管实验结果存在一些不确定性，例如，检测到一些气体反应，但其来源难以解释，但总体上未能确认生命存在。然而，这并未使科学家们放弃。

进入21世纪以来，一系列火星探测任务发现了许多令人振奋的证据。美国“好奇号”火星车在火星古老的沉积岩中，找到了保存了30亿年的有机分子，并且发现火星大气中甲烷含量存在季节性的周期变化。有机分子是构成生命的重要物质，而甲烷在火星上极易被紫外线分解，因此其周期性出现暗示着可能火星上存在持续产生甲烷的物质。科学家推测，这种甲烷可能源于地下的水岩化学反应，但也有可能是微生物代谢的产物。更重要的是，地质证据表明，远古时期的火星曾经温暖湿润，存在江河湖泊等大量液态水，并拥有比现今浓厚得多的大气。“好奇号”在火星盖尔陨石坑内发现的沉积物表明，那里曾是一个长期存在的湖泊，具备生命所需的全部元素和能源。如果火星上曾经出现过生命，那么这些古环境无疑是最有希望的生命摇篮。因此，2021年抵达火星的“毅力号”火星车，其主要任务便是搜寻远古生命的迹象，并将采集的岩石样品封存，计划由后续任务带回地球进行详细分析。尽管目前尚未发现确凿的火星生命化石或现存微生物，但火星无疑具备孕育生命的诸多必要条件。正如NASA科学任务理事会的祖布肯所言：“火星正在告诉我们要坚持搜寻生命证据。”——在未来的任务中，我们或许能揭开红色星球是否曾生命繁盛的谜底。

假如火星上未能发现生命，太阳系其他天体又如何呢？科学家的目光转向了木星和土星的冰封卫星。木星的卫星，木卫二欧罗巴，是极具潜力的候选者。上世纪90年代，伽利略号探测器在环绕木星飞行时，通过测量磁场意外发现，木卫二欧罗巴的冰壳之下可能存在一个全局性的海洋。你知道，水是生命的摇篮，是产生生命的必备要素。木卫二欧罗巴的冰壳之下有水的结论，后来得到了更多观测的证实：木卫二欧罗巴的冰壳表面极为光滑，几乎没有撞击坑，表明其内部有活动在不断重塑着冰壳表面；哈勃太空望远镜也多次观测到木卫二欧罗巴边缘疑似有水汽羽流喷出的迹象。

而且，这些证据使科学家们相信，木卫二欧罗巴厚厚的冰层下不仅藏匿着液态水，而且液态水的总量可能超过地球。更具吸引力的是，这片黑暗的海洋底部可能与岩石地幔直接接触，这意味着其海底可能存在类似地球深海热泉的结构，为化学反应乃至生命提供能量。2018年，研究人员重新分析伽利略号探测器的数据，通过模拟证明，当年探测器飞越木卫二欧罗巴时，可能掠过了从冰下海洋喷出的水汽羽流。这让科学界为之振奋，因为喷出的物质可以直接被航天器采样分析，从而判断其是否含有生命所需的分子或者生命痕迹。

为此，NASA已经于2024年10月14日发射了“欧罗巴快帆号”探测器，计划在2030年4月进入木星轨道并多次低空飞掠木卫二欧罗巴。如果羽流确实存在，那么“欧罗巴快帆号”探测器将直接穿越这些喷出的水汽与微粒，获取冰下海洋的化学信息。可以想见，一旦在木卫二欧罗巴的海洋中发现有机分子，甚至生命痕迹，人类将首次在地球以外找到生命的线索。与木卫二欧罗巴齐名的还有土星的卫星土卫二恩克拉多斯。这颗直径约500公里的小型冰卫星，在2005年被土星探测器“卡西尼号”发现拥有惊人的地质活动：从其南极数道裂缝中持续喷出巨大的水汽和冰粒构成的羽流，形成壮观的“冰火山”。“卡西尼号”多次穿越羽流并采集样本，分析发现其中含有水、二氧化碳、甲烷以及多种有机分子。最引人注目的是，在2017年的一次深度分析中，科学家在羽流中检测到了分子氢H₂。在地球海洋深处的热液喷口，岩石与水反应也会产生氢气，而许多微生物常以氢气为能源来源。因此，土卫二羽流中的氢气被视为其海底存在热液活动的有力证据。

NASA科学家指出，我们现在尚未找到土卫二海洋中存在微生物的直接证据，但氢气的发现以及其他线索表明那里具有可供微生物利用的化学能。换言之，这颗冰封的海洋卫星具备生命所需的三要素：液态水、有机化合物和可利用的化学能。难怪研究土卫二的科学家感叹，如果让我们挑选太阳系内最有可能有现存生命的地方，土卫二一定名列前茅。未来，更深入探测土卫二羽流的探测器任务已在构想之中。如果幸运的话，也许不久的将来，我们就能亲眼目睹地球以外生命形式的存在。除了太阳系内的行星和卫星，我们的目光也投向了系外行星，希望在遥远的宇宙中找到第二个“生命家园”。过去三十余年间，天文学的进步使人类发现了成千上万颗环绕其他恒星运行的行星。特别是开普勒空间望远镜的贡献，使得已确认的系外行星数目在2010以来激增。截至2025年5月底，天文学家发现的系外行星已近6000颗，其中不乏类似地球的岩质行星。

一个里程碑式的发现发生在2017年：天文学家宣布在距离地球约39光年的红矮星（TRAPPIST-1）周围一次性发现了七颗地球大小的行星，所以这个系统也被大家称为葫芦娃行星系统。更令人惊喜的是，其中有三颗行星位于恒星的“宜居带”内，即温度适宜液态水存在的轨道范围。这意味着在这些行星表面，若有大气保护，就可能存在江河湖海乃至孕育生命的条件。红矮星行星系统的发现一经公布便登上各国媒体头条，被誉为“其他恒星下的袖珍版太阳系”。科学家推测这些行星是岩质的，且年龄可能达到数十亿年，远比地球古老。由于红矮星恒星本身较小且光度较弱，这些行星即使距离恒星很近也能保持温和的气候。

对于如此引人注目的目标，人类自然不会错过深入研究的机会。2021年底发射的韦布太空望远镜具有强大的红外观测能力，正计划针对红矮星的行星开展大气观测。韦布望远镜或许无法直接观测这些星球的海洋和植被，但可以通过分析行星凌星，这个凌是凌驾的凌，指的是行星经过其母恒星前方，通过分析这个时候光谱的变化，探测其大气中是否存在水汽、氧气、二氧化碳、臭氧或甲烷等“生物标志气体”。尽管目前这一目标尚未完全实现，但相关观测已在进行中。除了红矮星之外，还有一个引人注目的例子，就是科学家们对K2-18b这颗系外行星的探索。K2-18b位于距离地球约120光年的狮子座方向，大小约为地球的2.6倍。早在2019年，天文学家就曾在其大气中探测到水蒸气。2023年，英国剑桥大学团队借助韦布太空望远镜对其进行分析，发现了甲烷与二氧化碳的特征光谱。而在最近，也就是2025年，这一研究通过对数据的更深入分析，增强了对大气中特殊含硫化合物如二甲基硫醚和二甲基二硫存在的判断。这两种化合物在地球上几乎完全由海洋微生物产生，特别是二甲基硫醚，它是地球上浮游植物和某些微生物新陈代谢的副产物。因此，科学家一度将其视为生命活动的潜在标志。

那么，目前科学界对K2-18b行星上的这些生命信号持什么态度呢？应该说，仍持谨慎态度。一方面，信号的强度仍未达到科学界标准的置信水平，仍可能存在观测误差；另一方面，这些气体是否也可能通过非生物光化学反应生成，尚需进一步的建模与实验验证。例如，我们刚刚提到的二甲基硫醚，也可以在模拟星体大气环境中由无生命过程合成。这就意味着，要确认这些物质的来源是生命过程，还需要排除所有合理的非生物路径。不过，虽然我们尚未确认“外星生命”的存在，但诸如K2-18b这样的发现，已令科学家更有信心去定义和寻找“生命的迹象”。

而且，对K2-18b的生命探索，说明了大气光谱分析的巨大潜力：通过高灵敏度的望远镜观测行星凌星时的光谱变化，我们可以遥测其大气成分。也许在未来数十年内，我们会在某颗遥远行星的大气谱线中发现生命运作的蛛丝马迹，从而证明生命在宇宙中并非地球独有。