我们在宇宙中是孤独的吗?NASA呼吁为寻找地外生命建立新的科学框架

 

地外生命,天体生物学

  我们如何理解与寻找生命有关的新科学成果的重要性?我们什么时候才能说:“是的,发现了外星生命?”

 

  NASA的科学家们呼吁科学界建立一个新的框架,为与寻找生命有关的发现提供背景。他们在《自然》杂志上撰文,建议创建一个评估和结合不同证据的科学框架,希望有助于回答这个终极问题:我们在宇宙中是孤独的吗?

 

  在由NASA首席科学家吉姆·格林牵头发表在《自然》杂志的新文章中,NASA的一个小组提供了一个样本框架,作为任何愿意使用它的人讨论的起点,比如科学家和传播者。他们设想的尺度是以天体生物学几十年的经验为基础的,天体生物学是一个探究地球上生命起源和其他地方生命可能性的领域。

 

  格林说:“拥有这样的框架将帮助我们了解在特定地点寻找生命的情况,以及帮助我们进行这一探索的任务和技术的能力。”

 

地外生命,天体生物学

  该框架包含七个等级,就像蜿蜒复杂的阶梯。格林和他的同事用NASA系统内部用来评定航天器的技术准备程度表举例。像火星直升机“机智号”这样的尖端技术从最初的想法开始,沿着这个谱系发展成为创造历史的太空任务的组件。

 

  作者希望今后科学家们在发表的研究报告中指出他们的天体生物学新成果是如何融入这样一个尺框架的。媒体们也可以参考这种框架,在有关新的科学成果的报道中为公众设定期望值。

 

  “到目前为止,公众认为只有两种情况:要么是生命,要么不是生命。”华盛顿NASA总部的天体生物学项目负责人、该研究的合著者玛丽·沃耶泰克说,“我们需要一种更好的方式来分享我们的发现带来的喜悦,并展示每个发现是如何在前一个发现的基础上建立起来的,这样我们就可以把公众和其他科学家带到这个旅程中来。”

 

  每次探测器或轨道飞行器发现火星上曾经有水流动的证据时,都令人兴奋。每一项新发现都向我们表明,火星过去的气候与地球相似,这颗红色星球可能曾经适宜生命。但这并不一定意味着曾经有任何生命在那里生活过,也不意味着现在有任何生命在那里生活。围绕太阳以外的恒星运行的岩石行星的发现,尤其是那些表面可能存在液态水的行星,同样诱人,但它们本身并不能证明地球以外存在生命。那么我们如何理解这些观察结果呢?

 

地外生命,天体生物学

  所有的科学都是一个提出问题、提出假设、开发寻找线索的新方法、并排除所有其他解释的过程。任何单独的检测都不能完全用生物学过程来解释,必须通过后续测量和独立调查加以证实。有时,仪器本身也有问题。其他时候,实验根本没有发现任何东西,但仍然提供了有价值的信息,关于什么是无效的,或者哪里用不着看。

 

  天体生物学也不例外。这一领域研究了一些任何人都可能问的最深奥的问题,关于我们的起源和在宇宙中的位置。随着科学家越来越多地了解地球上不同环境中的生命与什么样的信号有关,他们可以创造和改进在其他地方发现类似信号所需的技术。

 

  虽然随着科学家、传播者和其他人的参与,框架的具体细节将不断演变,但《自然》杂志的文章为讨论提供了一个起点。

 

  在框架的第一级,“1级”,科学家们将报告生命特征的迹象,比如生物相关分子。一个例子就是未来测量火星上可能与生命有关的分子。升级到“2级”,科学家将确保探测不受地球上被污染的仪器的影响。在“3级”,他们将展示这种生物信号是如何在模拟环境中发现的,比如地球上一个古老的湖床,类似于“毅力”号探测器的着陆点耶泽罗陨石坑。

 

  为了增加中等级的证据,科学家们将用环境是否支持生命的信息来补充这些最初的探测,并排除非生物来源。特别是对火星来说,从火星返回的样本可能有助于取得这种进展。毅力号将很快收集和存储样本,目标是在将来送返地球。由于地球上不同的团队将有机会用各种仪器独立验证火星样本中的生命迹象,他们的证据结合可以达到“6级”,这是第二高等级的步骤。但在这个例子中,要达到7级,即科学家们确定在火星上探测到生命的标准,可能需要在火星的不同部分执行额外的任务。

 

地外生命,天体生物学

  这个框架也适用于太阳系以外的发现。系外行星,尤其是小的岩石行星比气态巨行星更难从远处研究。未来的任务和技术将有必要分析地球大小的行星的大气层,这些行星具有类似地球的温度,接受足够数量的恒星光照,适合我们所知的生命。今年晚些时候发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜是这一领域的下一个重大进步。但要探测显示生命的分子组合还需要更灵敏的望远镜。

 

  在太阳系外的一颗系外行星的大气层中探测到氧气,将是寻找生命过程中的重要一步。我们把氧气和生命联系在一起,因为在地球上它是由植物产生的,我们呼吸它,但也有地质过程产生氧气,所以它本身不是生命的证据。为了提高框架等级,任务小组可以证明氧气信号没有被地球反射的光污染,并通过研究该星球大气层的化学成分,以排除地质学解释,找到支持生命的环境的其他证据,如海洋,将加强这个星球有生命存在的理由。

 

  研究系外行星的科学家们渴望同时找到氧气和甲烷,这是地球大气中存在生命的一种气体组合。因为这些气体会导致相互抵消的反应,除非存在这两种气体的生物来源,找到这两种气体将是一个关键的“4级”里程碑。

 

  要达到5级,天文学家还需要第二次独立地探测一些生命迹象,比如具有森林或藻类颜色的星球全景图像。科学家们需要更多的望远镜或长期观测,以确保他们在系外行星上的观测。

 

  研究报告的作者强调,该框架不应被视为一场争夺榜首的竞赛。这个框架强调了许多基础工作上的重要性,这些基础工作没有直接探测到可能的生物信号,比如在描述其他行星体上的环境方面。

  沃耶泰克说:“寻找地球以外的生命需要科学界的广泛参与和许多种类的观察、实验。团结起来,我们可以更有力地寻找到我们并不孤单的迹象。”

 

  

 

 

  (独家编译:科幻世界)

 

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