它始于许多发现的开端——某人脑海中一丝好奇的念头。那个人就是天文学家和科普作家卡尔·萨根。引起好奇的是美国宇航局的伽利略号宇宙飞船的轨道，它于1989年10月发射，是第一个绕木星运行的探测器。结果是30年前本周发表在《自然》杂志上的一篇论文，该论文改变了科学家们对寻找其他行星生命的想法。
这个机会源于一场悲惨的事故。在伽利略号发射近四年前的1986年1月，航天飞机挑战者号在升空后不久爆炸，夺走了七条生命。美国国家航空航天局取消了使用另一艘航天飞机上的液燃料火箭将伽利略号快速送往木星的计划。取而代之的是，探测器从轨道航天飞机上更温和地释放出来，任务工程师让它绕金星和地球进行 SlingShot 运动，以便它可以获得引力助推，从而将其弹射到木星。
1990年12月8日，伽利略号计划掠过地球，距离地表仅960公里。这丝好奇变成了萨根不得不挠的痒处。他说服美国国家航空航天局将宇宙飞船的仪器对准我们的星球。由此产生的论文题为《从伽利略号宇宙飞船上搜寻地球上的生命》。
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外面的视角
我们处于独特的地位，知道地球上存在生命。在我们对生命可能繁荣发展的环境知之甚少的时候，用我们自己的家园来测试我们是否可以远程辨别这一点，在当时是一个非凡的建议。“这几乎就像一篇论文中包裹着的科幻小说，”美国国家航空航天局华盛顿特区总部天体生物学战略高级科学家大卫·格林斯蓬说。“让我们想象一下，我们是第一次看到地球。”
与此同时，在太阳系其他地方寻找生命的探索也处于低潮。20世纪60年代和70年代美国和苏联的机器人任务表明，金星——曾经被认为是奇异生物的天堂——在其浓密的二氧化碳云层下热得像地狱一样。火星，布满了天文学家想象中的“灌溉渠”，似乎是一片贫瘠的荒地。1990年，没有人知道木星的卫星木卫二上存在埋藏的海洋——伽利略号后来做出的发现——或者土星的卫星土卫二上存在埋藏的海洋，这两颗卫星现在都被视为潜在的地外生命摇篮。
至关重要的是，萨根和他的合作者对生命的探测采取了刻意不可知论的态度，康奈尔大学卡尔·萨根研究所所长、天体生物学家丽莎·卡尔特内格说。“他当然想找到生命，每个科学家都想，”她说。“但他说，让我们接受这个愿望，甚至更加谨慎——因为我们想要找到它。”用论文中的话说，生命的存在是对伽利略观测到的现象进行解释的“最后手段的假设”。
但即使透过这种怀疑主义的面纱，宇宙飞船还是有所收获。伽利略号飞越澳大利亚和南极洲上空时获得的高分辨率图像并未显示出文明的迹象。尽管如此，伽利略号还是测量了地球大气层中的氧气和甲烷，后者的比例表明生物体带来了不平衡。它发现从地球反射的阳光的红外光谱中存在陡峭的悬崖，这是一种独特的“红边”，表明植被的存在。它还接收到来自地表的无线电传输，这些传输被调节得好像是人为设计的一样。“可以有力地证明，这些信号是由地球上的一种智能生命形式产生的，”萨根的团队厚颜无耻地写道。
强大的对照
卡尔·齐梅利斯，现任《自然》杂志首席物理科学编辑，以一名新手编辑的身份处理了这篇论文。他说这仍然是他最喜欢的论文之一——也是最难发表的论文之一。编辑部对这篇论文的批准远非一致，因为它显然没有描述任何新事物。但是，根据齐梅利斯的说法，这在很大程度上不是重点。“对于当时没有多少人关注的事情来说，这是一个非常强大的对照实验，”他说。
“虽然答案是已知的，但它深刻地改变了我们思考答案的方式，”卡尔特内格说。只有退后一步，将地球视为像其他行星一样的行星——也许孕育着生命，也许没有——研究人员才能开始真正了解我们在宇宙中的位置以及其他地方存在生命的可能性，她说。
鉴于伽利略号飞掠地球以来的发展，这一点具有了新的重要性。1990年，除了太阳之外，没有已知行星绕其他恒星运行。又过了两年，天文学家才最终报告了第一颗围绕被称为脉冲星的旋转死亡恒星运行的“系外行星”，又过了三年，他们才发现了第一颗围绕类太阳恒星飞马座51运行的系外行星。今天，科学家们已经知道超过5500颗系外行星，其中很少有看起来像太阳系中的任何东西。它们的范围从具有奇异地质的“超级地球”和具有气体大气层的“迷你海王星”到“热木星”，即围绕其炽热恒星高速旋转的巨大行星。
当萨根和他的同事将伽利略号对准地球时，他们发明了一个科学框架，用于寻找这些其他世界上的生命迹象——这个框架渗透到了此后每一次寻找生物特征的过程中。卡尔特内格仍然将萨根的论文交给她的学生，向他们展示这是如何完成的。她告诉他们，生命是最后的，而不是第一个要得出的推论，当在另一颗行星上看到不寻常的东西时。非凡的主张需要非凡的证据。
生命的正确组合
随着科学家们正站在詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）可能具有革命性，甚至可能是令人困惑的重大发现的边缘，这一教训在今天可能再重要不过了。该望远镜刚刚开始对数十颗系外行星的大气层进行远程探测，寻找与伽利略号在地球大气层中发现的同类化学不平衡现象。它已经开始发现可能误导科学家和公众的生物特征的早期迹象。
例如，JWST 已经在至少一颗行星的大气层中嗅探到了甲烷。这种气体是地球上生命的有力标志，但它也可能来自火山，不需要生命。氧气引起了科学家的注意，因为地球上大部分氧气是由生命产生的，但它也可以通过光分解水或二氧化碳分子形成。找到甲烷和氧气的正确组合可能表明另一颗行星上存在生命——但那个世界需要位于温带区域，既不太热也不太冷。卡尔特内格说，在适宜生命的环境中获得维持生命的成分的正确组合具有挑战性。
其他有趣的混合大气气体也是如此。就在上个月，天文学家在筛选 JWST 数据时报告说，在被称为 K2-18 b 的大型系外行星的大气层中发现了甲烷和二氧化碳。他们认为这颗行星可能拥有覆盖其表面的海洋，并暗示探测到了二甲基硫醚的诱人迹象，这种化合物在地球上来自浮游植物和其他生物。
头条新闻满天飞，新闻报道称 K2-18 b 上可能存在生命迹象。先别管二甲基硫醚的存在报告的可信度不高，需要进一步验证。也别管实际上没有在该行星上探测到水。而且，即使存在水，它也可能存在于如此深的海洋中，以至于扼杀了所有可能维持温带大气层的地质活动。
建立证据
诸如此类的挑战促使美国国家航空航天局前首席科学家吉姆·格林在 2021 年提出了一个框架，用于报告地球以外生命存在的证据。例如，从一到七的渐进尺度可以帮助传达特定发现中生命证据的级别，他认为。也许您收到了一个可能由生物活动产生的信号——那在尺度上只是一。您需要完成更多步骤，例如排除污染并获得该信号强度的独立证据，然后才能达到 7 级并证明真正发现了地球以外的生命。
这可能需要很长时间。望远镜可能会嗅探到有趣的分子，科学家们会对此进行争论。可能会建造另一台望远镜来研究观测的背景。每一块证据砖都必须放在另一块之上，每一层砂浆都必须通过许多科学家的论证、怀疑和不可知论混合在一起。这是假设另一个世界上的生命类似于地球上的生命——这是从伽利略观测结果中得出的结论的基础。“不确定性可能会持续数年或数十年，”格林斯蓬说。1996 年去世的萨根会喜欢它的。
在伽利略号观测地球的同一年，萨根说服美国国家航空航天局将另一艘宇宙飞船指向该机构原本没有计划的方向。当旅行者1号飞掠海王星驶出太阳系时，它将相机转回地球，拍摄了一个微小的光点，在阳光下闪闪发光。这就是标志性的“暗淡蓝点”图像，它启发萨根在他1994年的著作《暗淡蓝点》中沉思：“那就在这里。那是家园。那是我们。”
那个脆弱的闪光像素重塑了人类对自己在宇宙中位置的视觉化。卡尔特内格说，使用伽利略号寻找地球上的生命也是如此：“这就是我们如何利用我们的暗淡蓝点为寻找其他行星上的生命提供模板。”
本文经许可转载，并于 首次发表 于 2023 年 10 月 16 日。