系外衛星可能誤導系外行星生物特徵訊號

天文學家希望有朝一日我們能夠獲得光譜,這或許可以告訴我們地球大小的系外行星是否孕育著生命。

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天文學家希望有朝一日我們能夠獲得光譜,這或許可以告訴我們地球大小的系外行星是否孕育著生命。這種光譜可能是穿過行星大氣層過濾的星光光譜,或者反射和輻射的光譜。 無論哪種情況,它都將探測外星世界的化學成分。

長期以來,探測到大氣成分的不平衡或非平衡狀態一直被認為是行星生物圈存在的確鑿證據。 例如,富含氧氣和甲烷的混合物在溫暖的環境中是不穩定的狀態。 甲烷氧化成水和二氧化碳的速度相對較快。 因此,探測到氧氣和甲烷的存在將表明存在活躍的補充機制。 (正如我們所知)生命是供應這些成分的絕佳候選者。


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到目前為止一切順利。找到那顆地球大小的行星,啟動我們最好的技術,並嗅探光譜生物特徵訊號。

但可能存在問題。大自然有可能給我們製造難題。 在《美國國家科學院院刊》上發表的一篇新論文中,Rein、Fujii 和 Spiegel 探討了一種令人不安的可能性。 他們提出,如果這顆看起來很有希望的系外行星恰好也有一顆巨大的衛星,而這顆衛星本身也擁有大氣層,但這兩個天體都缺乏生命,會發生什麼情況?

如果地球大小的系外行星擁有富氧大氣層(但沒有任何物質會與該氣體發生反應),而系外衛星擁有類似土衛六的富甲烷大氣層,我們可能會被欺騙,誤以為我們看到的是一個單一的、處於非平衡狀態的、生物驅動的環境——一顆宜居行星。 這是一個問題,它之所以出現是因為,不管你喜不喜歡,我們的資料都將是相對低保真的。

將行星光譜區分開來是非常困難的,無論它是來自一個天體還是兩個緊密間隔的天體,但這已經是我們近期(甚至長期)技術能夠達到的最好水平了。 氧氣和甲烷只是這種混淆的一個例子,其他化學配對也會受到類似的影響。

解決方案是什麼?作者提出了兩種簡單的前進方向。 一種是我們可能足夠幸運地在 30 光年距離內識別出一顆真正的“類地行星”——足夠近,讓我們有機會透過仔細的測量來擊敗這種假陽性結果。 另一種是乾脆忘記尋找類地行星。 其他潛在的可居住行星,例如那些圍繞低質量恆星執行的行星,或所謂的超級地球,可以透過使光譜測量更容易來讓我們測試這種混淆。

當然,我們不知道這種“欺騙”系統可能有多常見,但是,當我們談論確定我們是否是宇宙中唯一的生命時,非常、非常確定我們所看到的是什麼將是值得的。

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