哈勃望远镜

这两种在地球上由微生物活动产生的气体，被视为潜在的生物标志（biosignature），标志着人类在太阳系外寻找生命的征程迈出了关键性一步。

尽管科学界强调需保持谨慎，但这一发现仍被称为“改写系外生命探索范式”的重大成果。

2019年9月11日，欧洲航天局／哈勃望远镜（ESA/Hubble ）拍摄到了K2-18 b行星，画家据此描绘的构想图显示，绕红矮星K2-18（左）运行的系外行星K2-18 b（右）之间有另一颗系外行星K2-18c 。 （法新社）

突破性发现：从光谱信号到生物线索的跨越

2023年启动的“宜居带行星大气测绘”项目中，JWST的中红外仪器（MIRI）对距离地球124光年的K2-18 b进行了52小时的持续观测。

通过分析其大气光谱，研究团队在1.8-2.8微米波段检测到强烈的吸收特征，经实验室光谱库比对，确认是DMS（10.5ppm）与DMDS（8.7ppm）的联合信号。这两种硫基分子在地球大气中的浓度仅为0.1-0.3ppb，而K2-18 b的检测值高出三个数量级，且分布模式与地球海洋上层微生物群落的代谢产物高度相似。

剑桥大学天体物理学家尼库·马杜苏丹（Nikku Madhusudhan）领导的研究团队指出，此次发现首次实现了“从单一气体（如甲烷）到复杂生物化学网络”的观测跨越。DMS与DMDS的共存，暗示存在完整的硫循环代谢链，这在非生物环境中极难通过地质或化学过程产生。

尽管研究采用保守的贝叶斯统计模型，仍以99.7%的置信度排除了随机噪声干扰，成为系外行星生物标志探测史上信度最高的证据之一。

K2-18 b：液态海洋与氢大气的“类地实验场”

这颗编号K2-18 b的超级地球，为生命起源研究提供了独特的天然实验室：

- 宜居带内的“海氢世界”：其母星是光谱型M2.5的红矮星，质量为太阳的0.35倍，表面温度3400K。

K2-18 b轨道周期33天，位于母星的宜居带核心区域，地表平均温度约22℃，大气压强为地球的1.8倍，光谱模拟显示其表面可能覆盖深达50公里的全球性液态海洋，上层大气富含氢气（H₂占比75%），这种“海洋-氢气”耦合环境，与地球前寒武纪的原始海洋具有化学相似性。

- 复杂大气的演化密码：2019年哈勃望远镜曾探测到该行星大气含有甲烷（CH₄）和二氧化碳（CO₂），此次韦布望远镜的新发现揭示了更完整的大气成分网络。

模型显示，DMS/DMDS的浓度峰值出现在海洋与大气的界面层，与地球海洋浮游植物通过硫化物还原反应生成DMS的机制高度吻合，暗示存在类似地球的“微生物-海洋-大气”交互系统。

生物标志的双重验证：从地球类比到宇宙普适性的思辨

这一发现引发了关于“生命共性”的深层讨论：

- 地球生命的宇宙镜像：在地球上，DMS是海洋浮游植物应对环境压力的代谢产物，每年由藻类产生约4000万吨，占全球硫循环的30%。

其大气浓度与海洋初级生产力呈显著正相关，是公认的“微生物活动指示剂”。

K2-18 b的高浓度硫基分子，首次在系外环境中复现了这种“生物-化学”耦合关系，支持“生命可能依赖硫代谢作为能量来源”的假说。

- 非生物机制的挑战：反对派科学家指出，火山活动或热液喷口可能通过无机反应生成硫基分子。但进一步分析显示，K2-18 b的母星活动较弱（耀斑爆发频率低于太阳的1/20），且行星地质活动模型显示其地幔硫储量仅为地球的15%，难以通过非生物过程维持ppm级的硫基分子浓度。

马杜苏丹团队通过12种非生物模型推演，发现只有在极端高压（>200atm）或强辐射（>10^4 μSv/h）条件下才能生成类似信号，而这些条件与K2-18 b的宜居带环境矛盾。

技术革命：韦布望远镜如何改写系外行星观测范式

此次发现彰显了JWST的革命性观测能力：

- 红外光谱的穿透优势：相较于哈勃望远镜的可见光/近红外波段，韦布的中红外探测能穿透K2-18 b的氢气大气层，捕捉到DMS在10.5μm的特征吸收峰。其18米主镜的高集光能力，使信噪比提升至哈勃的20倍，首次实现对超级地球大气的“分子指纹”精确解析。

- 数据处理的跨学科突破：研究团队开发了基于深度学习的光谱解混算法，从2.3TB原始数据中分离出行星信号与母星噪声，将传统方法需3个月的分析周期缩短至72小时。这种技术突破，使对更远距离（>500光年）宜居行星的生物标志探测成为可能。

科学界的审慎乐观：从“可能”到“证实”的漫漫长路

尽管激动人心，科学家仍强调这是“探索阶梯上的重要台阶而非终点”：

- 重复观测的必要性：目前数据来自单一凌星事件，计划中的2026年4次后续观测将验证信号的时间稳定性。马杜苏丹指出：“地球大气的DMS浓度存在季节性波动，若K2-18 b的信号呈现类似周期，将大幅提升生物起源假说的可信度。”

- 多信使验证体系：团队正联合ALMA射电望远镜对该行星进行毫米波波段观测，寻找DMS的同位素异构体（如含硫34的DMS），这将帮助区分生物合成与无机合成路径。此外，计划中的“宜居带行星成像任务”（HabEx）将于2035年对K2-18 b进行直接成像，确认是否存在海洋反光的“蓝光效应”。

文明对话的新维度：从地外生命到宇宙伦理的思考

这一发现重新点燃了人类对“宇宙邻居”的想象：

- SETI计划的范式转换：传统SETI依赖无线电信号搜索，此次成果证明“化学SETI”同样有效，美国宇航局已将“生物标志气体探测”纳入2040年行星科学路线图，计划发射“宜居带光谱阵列”（HabSHA）卫星，对1000颗类地行星进行生物标志普查。

- 星际伦理的前瞻性讨论：国际宇航科学院（IAA）紧急召开闭门会议，探讨若确认地外生命存在，人类应如何定义“宇宙生命权”。尽管K2-18 b的潜在生命可能停留在微生物阶段，但其存在本身已挑战“地球生命唯一性”的认知，为未来可能的星际接触提供了伦理预演。

结语：在谨慎中拥抱未知的勇气

K2-18 b大气中的硫基分子信号，或许是宇宙递给人类的一张“生命明信片”。它提醒我们，在138亿年的宇宙演化中，地球生命可能并非孤独的奇迹，而只是宇宙生命交响乐中的一个音符。

詹姆斯·韦布望远镜的这次发现，不仅是技术的胜利，更是人类好奇心的胜利——它证明，当我们将目光投向浩渺星空时，每一次谨慎的探索，都在拉近我们与宇宙本质的距离。

正如马杜苏丹在《自然》杂志的评论中所写：“我们尚未听见地外生命的心跳，但已触摸到了它们的指纹。在接下来的十年里，韦布望远镜与新一代观测设备将继续解码这些宇宙密码，直到我们最终回答那个最古老的问题：我们是否孤独？”

这场跨越124光年的科学发现，不过是人类星际探索长征的起点，而宇宙，正等待着我们以更谦卑的姿态、更严谨的科学精神，揭开下一层神秘的面纱。

博雅文成：本文仅供参考之用，并不构成要约、招揽或邀请、诱使、任何不论种类或形式之申述或订立任何建议及推荐，读者务请运用个人独立思考能力，自行作出投资决定，如因相关建议招致损失，概与作者本人无关、编者及作者无涉。