“难以相信我们还没有确切的证据证明K2-18b的大气中存在二甲基硫醚（DMS）。”
（图片来源：美国航天局、欧洲空间局、加拿大宇航局、约瑟夫·奥姆斯特德）
2023年，天文学界爆发了一场关于“系外行星K2-18b上是否存在生命”的辩论。这场辩论始于一篇科学家们发表的论文，文中表明地球大气里可能存在一种特定的化学物质，即二甲基硫醚。当时因为没有达成共识，所以讨论一直持续到现在。许多天文学家想知道K2-18b上是否真的有二甲基硫醚，甚至质疑二甲基硫醚是否是生命存在的可靠依据。
如果答案是否定的，关于K2-18b宜居性的讨论将毫无意义。
现在，新的调查对最初的K2-18研究提出了重要问题——事实上，这些答案可能对探索整个地球之外的生命产生巨大影响。科学家们认为他们在一颗彗星上发现了二甲基硫醚，这意味着它的产生可能不需要生命、使用这种化学物质作为生命标志的方法是存疑的。
加州大学河滨分校的天体生物学家爱德华·施维特曼解释说，在理想情况下，研究人员可以通过派遣航天器或宇航员到这些星球的表面去寻找仅由生命产生的分子来寻找系外行星上的生命，他与最初二甲基硫醚的发现无关。研究人员可以部署探针来寻找RNA、DNA和其它我们知道的与生命相关的生物分子（当然，正如我们所知道的那样），并可以将他们的发现用作外星活动的证据。
然而，这一战略面临一些重大挑战。首先，将航天器发送到太阳系中的其他行星非常耗时且昂贵——更不用说更远的地方了。
除了从行星表面采集样本，我们还没有轻松识别特定生物分子的技术。“像DNA这样的分子根本无法以太空望远镜或地面望远镜可以识别的方式在系外行星的大气中积累，”施维特曼告诉Space.com。
因此，科学家们只能使用望远镜确实可以看到的东西——光谱，来寻找地球以外生命的迹象。天文学家可以收集有关光波长穿过行星大气层并被阻挡的信息，并根据这些波长的各种特性，对大气层本身的成分做出有根据的猜测。这些数据“通常有多种不同的解释，所以这真的非常非常棘手，”开放大学的行星科学家乔安娜·巴斯托告诉Space.com。
用韦伯的近红外成像仪和狭缝光谱仪和近红外光谱仪获得的K2-18 b光谱显示，系外行星大气中含有大量的甲烷和二氧化碳，并可能检测到一种被称为二甲基硫醚的分子。甲烷和二氧化碳的检测以及氨的短缺与K2-18 b中富氢大气下存在的海洋一致。K2-18 b的质量是地球的8.6倍，在宜居带围绕冷矮星K2-18运行，距离地球120光年。（图片来源：美国航天局/加拿大宇航局/欧洲空间局/约瑟夫·奥姆斯特德（空间望远镜研究所）/尼库·马杜苏丹（剑桥大学））
研究人员真的检测到了二甲基硫醚吗？
在系外行星周围大气层中发现的一种化学物质使研究人员相信该行星可能孕育着生命，这种化学物质被称为生物特征。在地球上，二甲基硫醚主要由海洋中的细菌和浮游植物产生，因此许多天体生物学家认为它是一种生物特征。
这就是为什么尼库·马杜苏丹会感到惊讶，他是剑桥大学的天体物理学家、引起有关K2-18b辩论的主要作者，当时他的团队在行星大气层中发现了二甲基硫醚的迹象。
K2-18b围绕着一颗距离地球超过700万亿英里的恒星运行，由于它拥有的星光量很大，因此被认为可能适合居住；还有人猜测其大气中存在水蒸气。此外，马杜苏丹和其他一些天文学家怀疑这颗系外行星具有温和的温度和液态海洋，这都是我们熟悉的地球生命存在的关键因素。
因此，马杜苏丹团队对二甲基硫醚的发现似乎只会加强K2-18b存在生命的理由。“这是微弱的证据，”他告诉Space.com，但“如果事实证明存在二甲基硫醚，那就是一件意义重大的事情。”
但一些科学家不接受马杜苏丹在K2-18b周围发现的真的是二甲基硫醚。
“难以相信我们还没有确切的证据证明K2-18b的大气中存在二甲基硫醚”施维特曼说，并将他的怀疑归因于新出版物的可信度相当低。
当其他研究人员声称检测到生物特征时，他在信任他们之前会考虑两个因素。首先，他确认检测到的信号是真实的——观察者实际上已经找到了他们所说的分子。然后，他确保人们将该分子的产生归因于正确的来源——即证明二甲基硫醚的存在代表生命的存在。施维特曼和许多其他天文学家认为，马杜苏丹对二甲基硫醚的探测未能通过这两个验证步骤。
密歇根大学的天体物理学家瑞安·麦克唐纳没有参与这项新研究，他解释说，他发现了置信度相似的分子特征，当相同的数据通过不同的模型运行时，这些特征会“完全消失”。他告诉Space.com，分析结果可能会发生变化，“取决于你如何处理数据的细节”，并补充说“我们仍在学习”如何分析此类数据，因为它的质量比以往任何时候都高。他需要看到更强有力的统计数据才能确信二甲基硫醚确实存在于K2-18b的大气中。
施维特曼对将此特征归因于二甲基硫醚也有自己的担忧。他解释说，二甲基硫醚与光相互作用的特定方式可以产生类似于其他一些气体（如甲烷）的信号，或者根本不代表任何东西的信号。“将一个特征归因于二甲基硫醚很容易，而这实际上是另一个气体或噪声源的结果，”他说。“我们想要更多的数据，以确保我们测量的是二甲基硫醚。”
马杜苏丹为他团队的发现进行了辩护，即使在相对较低的置信水平下：“如果你实事求是地研究，并且你发现了‘这个置信水平’的信号，你应该报告这一点。你是否认为它是潜在的证据，在某种程度上是主观的，但你仍然应该把它报告出来。”
然而，一些在线文章甚至暗示该组织可能在遥远的星球上发现了外星生命。即使是马杜苏丹也不愿同意这样的结论。
系外行星K2-18 b在其矮星附近。（图片来源：亚历克斯·博尔斯默）
二甲基硫醚的存在真的意味着生命的存在吗？
除了是否真的检测到二甲基硫醚的问题之外，研究人员还在研究该分子是否是首要的、优良的生命标志物。巴斯托解释说，最好的方法是看其他解释的条件下是否可以观察到足够高的二甲基硫醚存在量。
有几个案例表明，科学家们找到了在不依赖生命的情况下制造传统上被认为是生物特征的其他分子的方法。例如，在2023年，研究人员发现了一种将二氧化碳和氦转化为氧气的方法，氧气通常被用作生命存在的指标。
同样，在1975年，化学家能够在实验室中使用硫化氢、甲烷和电制出二甲基硫醚，证明它的产生不必需生命。（马杜苏丹并不认为这个过程会在K2-18b上产生足够多的、可以被观察到的二甲基硫醚）
2024年11月，一个研究小组公布了来自彗星的二甲基硫醚的证据。他们的研究支持了二甲基硫醚产生的新想法，该想法使用来自跨太空的基本元素、并且不依赖生命。
伯尔尼大学的化学家、这项新研究的首席研究员诺拉·汉尼解释了二甲基硫醚如何从彗星转移到行星上。她告诉Space.com，彗星可能会降落在行星上并将化学物质沉积到大气层中，“所以它像是一艘宇宙飞船。”
“如果你想在大气中探测二甲基硫醚”汉尼补充道，“它还必须在大气化学、辐照中存活......也许你必须在撞击后立即观察潜在的污染，或者你不得不受到很多影响，一些物质可能会堆积。
许多未知数仍然存在。
系外行星K2-18b及其大气层的特性在很大程度上是一个谜，因此目前尚不清楚二甲基硫醚能存在多久，甚至是否真正存在。关于彗星在我们的太阳系之外如何运作的信息也很少。汉尼并不是在推动彗星是导致K2-18b上存在二甲基硫醚的假设，但她希望在对二甲基硫醚发现得出任何结论之前，将这种情况视为一种可能性。
然而，马杜苏丹对彗星理论不屑一顾，因为他认为在系外行星的大气层中存在大量的二甲基硫醚。“你需要提供多少才能在行星大气层中观察到它？彗星撞击不会每小时都发生，“他说。他认为，如果用这种假设来解释他的发现，那么撞击K2-18b并带来二甲基硫醚的彗星数量需要高得不切实际。
显然，在就该特征是否真实以及二甲基硫醚是否是可靠的生物特征达成共识之前，还有更多工作要做。麦克唐纳解释说，使用多个仪器对K2-18b大气层进行更多望远镜观测将是证明二甲基硫醚是否真正存在的“黄金标准”。
这项工作正在进行中。
“我们正在得到更多的观测结果，其他人也将得到更多的成果，”马杜苏丹说。“所以，在接下来的一年里，我们将看看这个分子是否在那里。”
BY:Perri Thaler
FY:李木