韋布望遠(yuǎn)鏡檢測到“生命起源前分子”！真的有外星生命嗎？

出品：科普中國

作者：謝基偉（南京大學(xué)）

監(jiān)制：中國科普博覽

最近，美國國家航空航天局（NASA）宣布詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡揭示了在寒冷、黑暗宇宙中隱藏在冰冷云層中的驚人分子。消息一出，科幻迷們坐不住了，難道真有外星生命的存在？別急！今天，我們就來好好聊聊這個(gè)“生命起源前分子”。

由韋布望遠(yuǎn)鏡的近紅外相機(jī)拍攝的圖像描繪了Chamaeleon I分子云的中心區(qū)域圖片來源：NASA/歐洲空間局/加拿大航天局

地外生命，真的存在嗎？

“是否存在地外生命？”、“人類在宇宙中是否孤獨(dú)？”這是一些有趣但很根本的問題。經(jīng)常有不同年齡段的學(xué)生對這些問題感到無比好奇，同樣的，科學(xué)家們也會經(jīng)常思考這樣的問題。從科學(xué)和歷史兩個(gè)方面進(jìn)行推理，地外生命是存在的，人類在宇宙中并不孤獨(dú)。

從科學(xué)方面來說，宇宙的龐大幾乎超越我們的想象。我們所處的銀河系至少有千億顆恒星，而整個(gè)宇宙至少有千億個(gè)星系。雖然一顆恒星周圍有生命的行星概率很低，但是一個(gè)很小的數(shù)乘以一個(gè)很大的數(shù)很大可能不會只能等于1（即我們的地球）。換句話說，宇宙中很可能還存在像地球一樣有生命的行星。

從歷史方面來說，“人類是否孤獨(dú)？”這并不是什么新鮮的問題。幾十萬年前，遠(yuǎn)古人已經(jīng)開始好奇大地的遠(yuǎn)方是否有他們的同類？于是找到不同的族群，形成部落和國家。五百多年前，哥倫布等航海家好奇大洋的彼岸是否有他們的同類，于是發(fā)現(xiàn)了新大陸，形成全球化和人類共同體。

現(xiàn)在，我們?nèi)匀缓闷嫱瑯拥膯栴}——人類是否孤獨(dú)？不過，此時(shí)我們面對的是太空，是浩瀚的宇宙。我相信歷史還是會給出同樣的答案。

雖然我相信地外生命的存在，但是真正發(fā)現(xiàn)它們甚至聯(lián)系它們，并非一蹴而就，人類還有很長一段路要走。此次韋布望遠(yuǎn)鏡檢測“生命起源前分子”這一發(fā)現(xiàn)，只是探索地外生命長途中的一小步。它進(jìn)一步從科學(xué)上支撐了“存在地外生命”、“人類在宇宙中并不孤獨(dú)”這樣的信念。

詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡觀測Chamaeleon I分子云的紅外光譜

光譜中的各種譜線特征揭示各種分子的存在

圖片來源：ILLUSTRATION: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

SCIENCE: Klaus Pontoppidan (STScI), Nicolas M. Crouzet (LEI), Zak Smith (The Open University), Melissa McClure (Leiden Observatory)

“生命起源前分子”究竟是什么？

“生命起源前分子”其實(shí)就是生命起源前一般存在的較為簡單的分子，比如水、一氧化碳、二氧化碳、氨氣、甲烷、甲醇等。它的發(fā)現(xiàn)并不代表人類已經(jīng)找到了地外生命。其實(shí)，此前也曾發(fā)現(xiàn)過一些所謂的生命起源前分子，比如在一些系外行星的大氣中，以及在一些年輕的恒星天體周圍。

但是，此次依靠韋布望遠(yuǎn)鏡的強(qiáng)大探測能力所觀測到的這些分子，是在格外致密和寒冷的分子云中存在的。而且由于韋布望遠(yuǎn)鏡非常寬的光譜覆蓋范圍，它能同時(shí)探測到很多分子譜線。

這次研究也是迄今為止最全面的一次對這些恒星和行星形成之前冰成分的觀測發(fā)現(xiàn)。這次研究的科學(xué)意義在于，它揭示了早在恒星和行星誕生之前，這些所謂的生命起源前分子（水，一氧化碳，二氧化碳以及一些有機(jī)分子如甲醇等）就已經(jīng)在分子云的冰深處形成。

韋布望遠(yuǎn)鏡——最理想的觀測選擇

作為有史以來觀測能力最強(qiáng)的紅外空間望遠(yuǎn)鏡，大至宇宙，小到行星的各個(gè)天文領(lǐng)域中，韋布望遠(yuǎn)鏡均能取得前所未有的發(fā)現(xiàn)。

它能看得很“遠(yuǎn)”，它能看到宇宙誕生后第一批形成的恒星和星系，讓我們對宇宙的誕生，星系的形成和演化有全新的理解。它又能看得很“細(xì)”，除了能發(fā)現(xiàn)彌漫在宇宙中分子云中的各種冰分子，它還能探測太陽系外行星大氣的成分，極大地拓展我們對行星，包括地球，以及生命起源的認(rèn)識。

詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡

圖片來源：Veer圖庫

對于本次發(fā)現(xiàn)，韋布望遠(yuǎn)鏡是當(dāng)之無愧的“幕后功臣”。發(fā)現(xiàn)這些分子的基本原理是：背景恒星的光穿過分子云被望遠(yuǎn)鏡的光譜儀觀測到。分子云中的各種冰分子通常會吸收特定波長的光子，在光譜上留下印記，即光譜吸收線，從而被探測發(fā)現(xiàn)。

很多分子譜線落在紅外波段，這正是韋布望遠(yuǎn)鏡工作的主要波段。這次的觀測對象是兩個(gè)致密分子云，因此光穿過后到達(dá)望遠(yuǎn)鏡的信號非常微弱的，必須要大型的（聚光能力強(qiáng)）的望遠(yuǎn)鏡，如韋布望遠(yuǎn)鏡才能探測到。

其它的天文望遠(yuǎn)鏡能觀察到嗎？答案是基本不能。首先，為了排除地球大氣中各種分子（水，二氧化碳等分子）的影響，不能使用地面望遠(yuǎn)鏡。而對于空間望遠(yuǎn)鏡而言，雖然哈勃的觀測能力也很強(qiáng)，但它的工作波段主要在光學(xué)和近紅外，對中紅外和遠(yuǎn)紅外無能為力。

因此，韋布望遠(yuǎn)鏡是目前這方面最理想的天文望遠(yuǎn)鏡。它的口徑比哈勃還大，聚光能力更強(qiáng)，能探測到更暗弱信號，并且其工作波段在紅外波段覆蓋廣，能發(fā)現(xiàn)大量的分子譜線。

詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡觀測充滿恒星的創(chuàng)世之柱

圖片來源：Veer圖庫

結(jié)語

本次研究是“冰河時(shí)代”(ice age)項(xiàng)目的一部分，這是韋布望遠(yuǎn)鏡的13個(gè)早期釋放科學(xué)項(xiàng)目之一。這些觀測旨在展示韋布的觀測能力，并讓天文學(xué)家學(xué)習(xí)如何充分利用該儀器。

預(yù)計(jì)未來韋布望遠(yuǎn)鏡將開展近一步的觀測工作，以助我們了解冰如何從最初的合成演變到原行星盤的彗星形成區(qū)域，從而揭示哪些冰的混合物（哪些元素）最終可以輸送到類地行星的表面，或融入巨行星的大氣層等重要科學(xué)問題。

此次發(fā)現(xiàn)并不意味著真正找到了地外生命，但可以將其視為人類在探尋地外生命的征途中邁出的又一步。它揭示了早在恒星和行星誕生之前，這些所謂的生命起源前分子就已在分子云的冰深處形成?？紤]到分子云彌漫宇宙各個(gè)角落，因此這項(xiàng)研究的結(jié)果也意味著生命起源在宇宙各處存在著相近的初始條件。

這一發(fā)現(xiàn)，從科學(xué)上支撐了“存在地外生命”、“人類在宇宙中并不孤獨(dú)”的信念。而正是這種信念的存在，促使著人類對宇宙不懈探索，不斷將一個(gè)個(gè)“信念”變成一個(gè)個(gè)“常識”。

編輯：應(yīng)奕可