太空探索：在其他星球上尋找生命可以從生物信號中得到提升！
通過研究古代和現今地球的大氣成分，科學家們說他們已經發現了特定的化學組合，可以揭示其他星球上生物活動的存在。
“科學進步”雜誌中描述的這些生物印記可以成為尋找外星生命的關鍵工具。
西雅圖華盛頓大學的行星科學家兼天體生物學家，資深作者大衛卡特林說：“從我們的工作結論到可能的發現，這可能是其他地方生活的歷史發現。”
在過去的幾年裡，已經發現了數以千計的太陽系以外的行星，稱為系外行星，其中少數行星似乎是岩石的，地球大小的行星與它們的恆星保持正確的距離以容納液態水。研究具有可檢測氣氛的那些可以提供關於它們是否能夠生命的重要線索。
隨著強大的新望遠鏡開始上線，研究人員正試圖弄清楚他們應該尋找哪種大氣化學物質。畢竟，僅僅因為一顆行星看起來像生命中的正確成分並不意味著它實際上存在於那裡。
科學家們專注於一些潛在的分子，如甲烷。地球上的微生物（包括牛的腹部中的微生物）大量產生甲烷。但甲烷也可以通過非生物來源產生，例如火山。
通過光合作用藻類，植物和微生物，今天大量生產分子氧（兩個氧原子結合在一起）。但光合機制非常複雜，以至於科學家們認為它只在我們自己的星球上進化過一次。這意味著即使生命確實存在，也無法保證在其他世界中尋找產生氧氣的光合作用。
研究合著者，加州大學河濱分校的天體生物學家和研究生斯蒂芬妮奧爾森說，依賴任何一種化學物質都會產生假陽性或假陰性。但生物以複雜的方式改變了他們的環境。如果有一種特殊的分子混合物沒有生命就不會存在怎麼辦？
為了找到答案，Catling的研究生Joshua Krissansen-Totton領導了一項研究，研究地球大氣層存在的三個階段：太古代（40億至25億年前），元古代（25億至5.41億年前）和顯生宙（5.41億年前至今）。在每個時期，生命（和行星本身）看起來非常不同。每個地球時期並排放置一個快照，它們看起來像完全不同的行星。
“地球般的這個詞並不是指一個與現代地球完全相似的行星，”奧爾森說。“它實際上是一個非常廣泛的術語，涵蓋了各種各樣的世界。它包括像太古代一樣的朦朧世界；它包括像“雪球地球”間隔的冰冷世界;它包括完全微生物生態系統的缺氧世界;它包括複雜的世界智慧生活;它包括我們尚未見過的世界。“她補充說，這對科學家很有幫助，他們需要幾種模型來解決其他世界的生活。
儘管存在差異，但地球歷史上的每個時期都至少有一個特徵：大氣中的化學不平衡。Catling說，這是因為生物活動產生的物質本來就沒有商業共存。
吸收甲烷和氧氣：放在一起，這些氣體會迅速反應並相互破壞。但地球上有很多，因為生物一直在製造它們。
“如果你發現一個系統處於平衡狀態，你就會發現一些已經死亡的東西。或者一些不存在的東西，”Catling說。“當我們看到一些不同尋常的東西時，那就不是重要的了，它可能是生命的標誌。”
Catling說，自20世紀60年代以來，人們一直在談論這個想法，但直到現在還沒有真正量化它。在本文中，科學家使用每種大氣中已知的化學成分進行模擬，以確定是否存在任何明顯的化學不平衡。
研究人員發現，在太古代，當氧氣很少時，大氣中甲烷，氮氣和二氧化碳的共存（以及液態水）將成為生物難以發揮作用的標誌。“在沒有生物學的情況下，每種氣體的大量通量很難解釋，”奧爾森談到二氧化碳和甲烷共存時說。
在元古代中期，隨著產氧微生物的上升，贈品將是氧氣，氮氣和液態水的組合。奧爾森說，即使大氣中的氧氣水平太低而無法檢測到，科學家也可以尋找臭氧。這是因為臭氧（由三個氧原子組成）是通過涉及生物產生的氧氣的反應產生的，它產生非常強的信號，即使在低水平也能檢測到。
在包括當今的顯生宙中，生物印記將是含氮和水的氧氣。（這裡的氧氣含量遠遠高於中元古代。）
一些化學混合物，例如甲烷和二氧化碳的組合，可能會被未來的觀測站發現，如NASA的詹姆斯韋伯太空望遠鏡，將於2019年發射。
詹姆斯·韋伯（James Webb）的項目科學家尼克爾·劉易斯（Nikole Lewis）說：“這真的讓人們在他們的觀察中關注什麼。”他在巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所工作。
她補充說，詹姆斯韋伯將對各種行星進行調查，擁有各種各樣的生物印記和一系列行星模板是一個至關重要的工具。那是因為他們能夠找到符合這些標準的行星越多，就越有可能發現可能真正容納生物的少數行星。
“我們將有一個足夠大的樣本，希望會有一些像拇指一樣伸出來的樣本，”劉易斯說。科學家表示，在詹姆斯韋伯和其他能夠發現這些大氣成分的望遠鏡上線之前，尋找可能的生物印記仍在繼續。
奧爾森說：“目前我們尚未做好準備，認識到地球上外行星的多樣性，我們只能想象生命在一個不像地球的行星上的樣子。”“這當然是一個巨大的研究領域，我認為我們還沒有完全理解它。但不平衡可能是一條特別強大的前進道路。”
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