研究称在系外行星大气中检测到甲烷可被认为是令人信服的生命迹象

如果宇宙中存在大量的生命，那么大气层中的甲烷可能是天文学家可以检测到的地球以外的第一个生命迹象。尽管非生物过程可以产生甲烷，但加州大学圣克鲁斯分校的科学家们的一项新研究确定了一系列情况，在这些情况下，可以将生物活动作为岩石行星大气层中甲烷的来源，这一点很有说服力。

这一点尤其值得注意，因为甲烷是少数几个潜在的生命迹象或“生物特征”之一，可以通过詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）轻易探测到，该望远镜将在今年晚些时候开始观测。

加州大学圣克鲁兹分校天文学和天体物理学研究生、这项新研究的主要作者 Maggie Thompson说：“氧气经常被谈论为最好的生物特征之一，但它可能很难被JWST探测到。”

尽管之前有一些关于甲烷生物特征的研究，但是对于甲烷成为一个好的生物特征所需的行星条件，还没有一个最新的、专门的评估。Thompson说：“我们想提供一个解释观察结果的框架，所以如果我们看到一个有甲烷的岩石行星，我们知道还需要哪些观察结果才能成为一个有说服力的生物信号。”

这项研究于3月28日发表在《美国国家科学院院刊》上，研究了甲烷的各种非生物来源，并评估了它们维持富含甲烷的大气的潜力。这些包括火山；在洋中脊、热液喷口和构造俯冲区等环境中的反应；以及彗星或小行星撞击。

甲烷作为生物标志物的理由是它在大气中的不稳定性。由于光化学反应破坏了大气中的甲烷，它必须被稳定地补充以保持高水平。

“如果你在一个岩石行星上检测到大量的甲烷，你通常需要一个巨大的来源来解释，”共同作者、加州大学旧金山分校的研究员Joshua Krissansen-Totton说。“我们知道生物活动在地球上创造了大量的甲烷，而且可能在早期地球上也是如此，因为制造甲烷是一件相当容易代谢的事情。”

然而，非生物来源不可能产生那么多的甲烷而不产生关于其起源的可观察的线索。例如，火山喷发的气体会将甲烷和一氧化碳都添加到大气中，而生物活动往往很容易消耗一氧化碳。研究人员发现，非生物过程不容易产生富含甲烷和二氧化碳的宜居行星大气，而几乎没有一氧化碳。

这项研究强调，在评估潜在的生物特征时，需要考虑整个行星的背景。研究人员的结论是，对于围绕类似太阳的恒星运行的岩质行星，如果大气层也有二氧化碳，甲烷比一氧化碳更丰富，并且可以排除极其丰富的行星成分，那么大气层中的甲烷更有可能被认为是生命的强烈迹象。

“一个分子是不会给你答案的--你必须考虑到行星的全部背景，”Thompson说。“甲烷是拼图中的一块，但是要确定一个星球上是否有生命，你必须考虑它的地球化学，它如何与它的恒星相互作用，以及在地质时间尺度上能够影响一个星球大气的许多过程。”

该研究考虑了“假阳性”的各种可能性，并提供了评估甲烷生物特征的准则。

Krissansen-Totton说：“有两件事可能会出错--你可能会把一些东西误解为生物特征而得到一个假阳性，或者你可能会忽略一些真正的生物特征。通过这篇论文，我们想开发一个框架来帮助避免甲烷的这两个潜在错误。”