NASA的詹姆斯·韋伯望遠鏡能夠探測外星生命嗎

　　2018年09月18日 08:10 新浪科技

　
　　

　　詹姆斯·韋伯望遠鏡擁有一些從未在太空中應用過的新技術。

　　新浪科技訊 北京時間9月18日消息，據國外媒體報道，假如NASA的詹姆斯·韋伯望遠鏡此次能按計劃在2021年發射，已經比原定時間晚了14年。但等它進入預定軌道，在距地球150萬公里處圍繞太陽旋轉，便將為天文學帶來革命性的轉變。

　　NASA自豪地表示，詹姆斯·韋伯望遠鏡能夠「回望過去，帶我們觀察早期宇宙中形成的第一批星系」。如果說這還不夠大膽的話，該望遠鏡作為哈勃望遠鏡的繼任者，還有另一項卓越才能：科學家也許能用它來尋找外星生命的跡象，探測鄰近恆星周圍的行星大氣是否因外星生命的存在發生了變化。

　　儘管如此，這一項目在2011年曾差點被美國政府取消。這很大程度上與它的高昂成本有關。該望遠鏡最初預估成本為10億美元，但如今已變成了100億美元。但天文學家們（包括提出用該望遠鏡「探測生命」的華盛頓大學團隊）則對這項發射計劃激動不已。

　　如何探測遙遠行星上的生命？

　　華盛頓大學天文學家約書亞·克里桑森·托頓（Joshua Krissansen-Totton）和他的團隊對詹姆斯·韋伯望遠鏡進行了考察，分析該望遠鏡能否在鄰近恆星周圍行星的大氣中探測到所謂的「生物標記」。

　　「我們可以在接下來幾年間展開這類觀察、探測生命跡象。」克里桑森·托頓表示。

　　

　　此項研究的基礎是，詹姆斯·韋伯望遠鏡對光線的敏感度非常高，因此能識別出所謂的「大氣化學不平衡」現象。這個術語可能不是很好記，但它其實由來已久，最早由著名科學家詹姆斯·洛夫洛克（James Lovelock）和卡爾·薩根（Carl Sagan）提出。其原理是，假如明天地球上的全部生命突然消失，構成大氣的各類氣體就會發生天然化學反應，大氣的化學組成也會慢慢改變，與原先有生物生存、排放各種廢氣的狀態區別越來越大。

　　因此，搜尋氧氣（或它的「化學近親」臭氧）存在的跡象一直被視作尋找外星生命的好方法。但這是以地外生命遵從與人類相同的生物機製為前提的。但事實也許並非如此。所以評估行星的大氣化學不均衡狀態，即評估某顆行星大氣與「正常狀態」的偏離程度，也許才是尋找外星生命的關鍵。

　　圍繞其它恆星旋轉的行星大氣的化學成分可以通過光線來測量：當該行星運動到地球與其所在的中央恆星中間時，仔細測量恆星光線的輕微減弱幅度。行星大氣中的氣體會導致減少的光線量隨著光線波長（即顏色）而變化，從而幫助我們了解大氣中各化學元素的含量。

　　最佳觀測對象是什麼？

　　克里桑森·托頓模擬了詹姆斯·韋伯望遠鏡若觀察TRAPPIST-1可能獲得的數據。這顆恆星與木星大小相仿，距太陽約39.6光年。2017年，科學家發現TRAPPIST-1周圍有7顆地球大小的行星，一度引起轟動。其中幾顆還擁有液態水，因此很可能存在地外生命。

　　華盛頓大學的研究人員預言，詹姆斯·韋伯望遠鏡能夠根據甲烷和二氧化碳影響的波長範圍內的光線減弱幅度，測量第四顆行星TRAPPIST-1e大氣中的甲烷和二氧化碳含量。而這樣的痕迹簡直微弱得難以想象，因此測量起來難度極高。但康納爾大學天文學家喬納森·魯寧教授（Prof Jonathan Lunine）對這一預言感到非常激動，稱「詹姆斯·韋伯望遠鏡真的能做到這一點。」

　　

　　如果地球上的生命突然全部消失，地球大氣也將發生變化。

　　不過克里桑森·托頓指出，等這一測量任務完成之後，我們要先提出一個問題：是否存在能產生同樣效果的非生物過程？包括地球大氣在內，行星大氣也可以被火山噴發等非生物過程改變。因此，假如我們發現TRAPPIST-1e的大氣構成存在異常，首先要排除所有非生物影響，然後才能宣布該星球上存在地外生命。

　　克里桑森·托頓表示：「要證實這一點，需要進行多次觀察，才能讓這一發現板上釘釘。不過，如果我們探測到了某種異常情況、又找不到其它解釋，這將是一次無比令人激動的發現。」

　　還有哪些機構將開展此類研究？

　　目前，詹姆斯·韋伯望遠鏡的金色反射鏡仍被安全地鎖在加州的一座實驗室里。要探索上述可能性，天文學家還需繼續等待。

　　此外，該望遠鏡還將與一系列新設備聯手，共同在接下來幾十年間對其它恆星周圍的行星展開詳細調查。

　　研究人員正籌備在夏威夷和智利打造巨大的地面望遠鏡。歐空局由英國領導的Ariel任務也將於本世紀20年代末開展，對其它恆星周圍的恆星大氣進行考察。

　　魯寧教授表示：「我想我們正處於一個認識宇宙、探索太空的絕佳時機，而下一步將由詹姆斯·韋伯望遠鏡來完成。它一定會物超所值。」

　　該望遠鏡上由英國主導負責的中紅外線儀器團隊首席科學家吉莉安·萊特教授（Prof Gillian Wright）也贊同這一點：「我們此前從未有能力在太空中開展這樣的壯舉。要說一台望遠鏡將打開我們了解宇宙的新窗口，這種說法可能很老套，但對詹姆斯·韋伯望遠鏡而言，此話絲毫不虛。」（葉子）