寻找宜居星球
在太阳系内，地球、火星、木星等行星都绕着太阳运行。同样地，天文学家在太阳系之外的许多恒星系统中，也发现了绕恒星运行的系外行星。
那些位于宜居带内的系外行星尤为受到关注，这是因为宜居带内的行星距离中心的恒星“不远不近”，这样的距离有机会让水在行星表面保持液态，也就意味着那些星球有可能孕育出已知的生命形式。因此，在这些系外行星的大气中寻找宜居环境和生命征迹，也成为了系外行星研究领域的一座圣杯。
最近，在一项发表在《自然·天文》杂志上的研究中，一组研究人员提出了一种在其他行星上寻找液态水甚至生命的新方法。他们相信，这种方法有望让天文学家在未来几年内实现对其他星球上的液态水的探测。
过于微弱的闪光
到目前为止，天文学家已经确认发现了超过5500颗系外行星的存在。利用我们现有的望远镜，天文学家可以直接测量行星与其宿主恒星的距离，以及行星绕轨道运行一周所需的时间。根据这些测量数据，科学家可以推断出一颗行星是否处于宜居带内，但并不能依此直接确认一颗行星是否宜居，因为这些信息无法提供星球表面是否有液态水存在的信息。
在太阳系中，科学家可以通过观察太阳光在液体表面反射的“闪光”，来探测液态海洋的存在。例如，科学家已经在土星最大的卫星土卫六（Titan）上观测到了这样的闪光，帮助确认了土卫六上存在大型湖泊。然而，目前的探测技术还无法检测到遥远行星上的类似闪光。
关键的缺乏因素
在新研究中，研究人员通过观察太阳系中的类地行星的情况，意识到在遥远的星球上，还可以探测到另一个宜居性特征。
金星、地球、火星是三颗相似的行星，它们都是岩质行星，且都处于太阳周围的一个相对温和的地区。但是，地球却是目前这三颗行星中唯一拥有液态水的行星。除此之外，研究人员还注意到另一个明显的区别：与金星和火星相比，地球大气中的二氧化碳含量明显更少。
事实上，地球上的海洋在吸收二氧化碳方面发挥了重要而持续的作用。在数亿年时间里，海洋吸收了大量的二氧化碳，这几乎相当于现如今持续存在于金星大气中的二氧化碳量。
在广泛查阅了从生物学到化学，甚至是气候变化背景下的碳固存等许多领域的文献后，研究人员推断，如果一颗类地行星大气中的二氧化碳含量比同一系统中的其他行星少得多，那么这颗行星表面就有可能存在液态水，甚至有可能存在生命。
寻找生命的路线图
研究人员制定了一套通过寻找二氧化碳消耗的特征来探测宜居行星的策略。这种策略最适合寻找与我们的太阳系类似的系统，在这样的系统中，存在多个大小相当的类地行星，且它们以相对靠近的距离绕轨道运行。
这种搜寻方法的第一步，是通过寻找二氧化碳来确认一颗行星是否拥有大气。二氧化碳之所以可以作为揭示是否存在大气，是因为据理论预计，二氧化碳是大多数行星大气层的主要成分。而二氧化碳是一种非常强的红外线吸收体，可以很容易就被检测到。
一旦天文学家确定某个系统中有多颗行星拥有大气，他们就可以继续测量这些大气中的二氧化碳含量，看看其中某颗行星的二氧化碳含量是否会明显低于其他行星。如果是的话，那么这颗行星就很可能是宜居的，意味着它的表面有大量的液态水存在。
这种特征不仅可以作为宜居性的标志，还可以作为一种生命征迹，因为生物也可以捕获二氧化碳。
在地球上，除了海洋之外，植物和一些微生物也会吸收二氧化碳，只是不如海洋那么多。在这个过程中，这些生物会释放出氧气，而氧气会与太阳发出的光子反应，转化为臭氧。
因此，若要确定生命是否真的存在，天文学家还应寻找行星大气中的臭氧。臭氧是一种比氧气本身更容易探测的分子，它是除二氧化碳之外的另一个可检测的宜居性特征。
如果一颗行星大气中的臭氧和二氧化碳均显示出消耗的迹象，那么它很可能是一个适宜居住的世界。因为如果真的探测到臭氧，那么它很有可能与生命消耗了二氧化碳有关。而且它还表明，那里所拥有的不仅仅是一些简单的细菌而已，而是有着繁荣的生命，这些生命能够处理大量的碳，并与之相互作用。
用望远镜捕捉新特征
这项研究的研究人员表示，二氧化碳相对减少，是目前唯一一个可被探测的宜居性特征。更重要的是，这种新的宜居性特征已经被韦布空间望远镜（JWST）捕捉到。
研究人员预测，在不久的将来，JWST将可以对如TRAPPIST-1等附近的多行星系统中的二氧化碳进行测量，甚至还可能测量臭氧。TRAPPIST-1是一个围绕着一颗明亮恒星运行的七行星系统，距离地球仅40光年，是可以用JWST进行大气研究的少数几个系统之一。
研究人员的下一步计划是探测一系列系外行星大气中的二氧化碳成分，以确定哪些行星表面可能有海洋存在。他们相信，在新的寻找宜居行星路线图的帮助下，或许在未来几年内就会有颠覆性的发现。
参考来源：
https://news.mit.edu/2023/carbon-lite-atmosphere-life-terrestrial-planets-mit-study-1228
https://www.birmingham.ac.uk/news/2023/scientists-discover-new-way-to-identify-liquid-water-on-exoplanets
本文来自微信公众号：原理 （ID：principia1687），作者：不二北斗