甲烷可能是地球以外生命的第一个迹象

尽管非生物过程可以产生甲烷，但加利福尼亚州圣克鲁斯大学的科学家进行的一项新研究确定了一系列情况，在这些情况下，可以令人信服地证明生物活动是岩石行星大气中甲烷的来源。

甲烷是美国宇航局于12月发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）可以轻松发现的为数不多的潜在生命迹象或生物特征之一。加州大学圣克鲁斯分校（UCSC）天文学和天体物理学研究生、新书的主要作者玛姬·汤普森解释说：“氧气通常被认为是最好的生物特征之一，但用 JWST 可能很难检测到氧气。”学习。

生物特征或生命指标是为过去或现在的潜在生命迹象提供科学证据的物质、元素或现象。尽管以前对甲烷生物特征进行了一些研究，但尚未对甲烷成为良好生命指标所需的行星条件进行最新和专门的评估。

汤普森说：“我们想提供一个解释观测结果的框架，因此，如果我们看到一颗含有甲烷的岩石行星，我们就知道还需要进行哪些其他观测才能使其成为有说服力的生物学特征。”

该研究发表在《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大气的潜力。其中包括火山；洋脊、热液喷气孔和构造俯冲带等环境中的反应；以及彗星或小行星的撞击。

甲烷作为生物特征的情况源于它在大气中的不稳定性。由于光化学反应会破坏大气中的甲烷，因此必须不断补充甲烷以保持较高的水平。加州大学圣克鲁兹分校成员的合著者约书亚·克里斯森·托顿说：“如果在岩石行星上检测到大量甲烷，通常需要大量的来源来解释其发生。”我们知道，生物活动会在地球上产生大量的甲烷，而且它可能是在早期阶段就这样做的，因为从新陈代谢上讲，生产甲烷非常容易。”

但是，如果不提供有关其起源的可观察线索，非生物来源就无法产生尽可能多的甲烷。例如，对火山进行脱气会向大气中添加甲烷和一氧化碳，而生物活动往往很容易消耗一氧化碳。研究人员发现，非生物过程无法轻易产生富含甲烷和二氧化碳且一氧化碳很少或根本没有一氧化碳的可居住行星大气。

该研究强调，在评估可能的生物特征时，需要考虑整个行星背景。研究人员得出的结论是，对于围绕类太阳恒星运行的岩石行星来说，如果大气中还含有二氧化碳，甲烷比一氧化碳更丰富，而且水含量极高，则大气中的甲烷更有可能被视为生命的强烈标志。行星的组成可以排除。

汤普森警告说：“分子不会给你答案，你必须考虑到地球的整个背景。”“甲烷是难题的一部分，但要确定行星上是否存在生命，你必须考虑它的地球化学，它如何与恒星相互作用，以及在地质时间尺度上可能影响行星大气层的许多过程。”

该研究考虑了误报的各种可能性，并为评估甲烷生物特征提供了指南。克里斯桑森-托顿警告说：“有两件事可能出错：我们可能会误解诸如生物特征之类的东西并获得假阳性，或者我们可能会忽略真正的生物学特征。”通过这份文件，我们希望开发一个框架，以避免甲烷的两个潜在错误。”

作者指出，要充分了解未来的甲烷检测情况，还有很多工作要做。Krissansen-Totton总结说：“这项研究的重点是甲烷作为生物特征的最明显误报。”岩石系外行星的大气层可能会让我们感到惊讶，我们在解释时必须谨慎。未来的工作应设法预测和量化生产非生物甲烷的更多不寻常机制。”

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