在地球之外宇宙中的某个角落里，是否可能存在其他的生命？这是人类长期以来希望回答的问题。天文学家除了在太阳系内的行星和卫星上进行搜索外，也把视线投向了系外行星。借助于不断进步的探测手段，他们发现某些系外行星可能显露出生命存在的迹象。

系外行星K2-18 b（右）的艺术想象图，图中还有红矮星K2-18（左）和另一颗系外行星K2-18 c（中）。（图片来源：剑桥大学）

2025年4月17日，一个由剑桥大学天体物理学与系外行星科学教授尼库·马杜苏丹（Nikku Madhusudhan）领导的研究团队在《天体物理学杂志快报》（The Astrophysical Journal Letters）上发表了一篇论文，宣布在一颗名为K2-18 b的系外行星上发现了“迄今为止最强烈的系外生命活动的迹象”，他们认为在这颗系外行星的大气层中可能存在由生命活动产生的分子。与此同时，来自科学界的质疑声接踵而至，我们从中能够看出搜索系外生命这项任务的复杂和艰巨。

K2-18 b由开普勒空间望远镜（Kepler Space Telescope）于2015年发现。它是一颗位于狮子座的系外行星，距离地球约124光年，围绕一颗编号为K2-18的温度较低的红矮星运行，公转周期为32.9天，同母星的距离为0.1429个天文单位（约2100万千米），处于这颗母星的宜居带内，因此它的表面允许液态水存在。

这颗行星的半径约为地球的2.6倍，质量约为地球的8.6倍，大小介于地球和海王星之间。由于太阳系中没有类似大小的行星，因此天文学家对于这样的“超级地球”（或者称之为“亚海王星”）缺少了解，此类行星的大气性质引发了天文学界的激烈争论。根据此前的观测，一些天文学家认为这是一颗“氢海行星”（Hycean Planet），即它的表面覆盖着广阔的液态水海洋，而大气中则富含氢气。他们认为K2-18 b值得特别关注，因为在这样的系外世界环境里有希望找到生命存在的证据。

马杜苏丹领导的研究团队对K2-18 b进行了长达数年的持续研究。2023年，他们使用詹姆斯·韦布空间望远镜（James Webb Space Telescope）搭载的近红外成像仪和无缝光谱仪（NIRISS）及近红外光谱仪（NIRSpec）在波长为0.8微米到5微米的近红外波段对K2-18 b进行了观测，发现这颗行星的大气层中富含二氧化碳和甲烷，但没有发现氨，这与此前天文学家对这颗行星大气的预测一致，支持他们对这颗行星在富含氢气的大气层之下存在液态海洋的猜测。这是天文学家首次在位于宜居带内的系外行星的大气中发现碳基分子。

而且在这项研究中，除了二氧化碳和甲烷外，他们还探测到了一种重要的分子，即二甲基硫醚（DMS）可能存在的微弱信号。但是，他们当时对这一发现持非常谨慎的态度，马杜苏丹认为二甲基硫醚有可能存在，但需要进行进一步的研究以确认它的存在。

此后，马杜苏丹使用詹姆斯·韦布空间望远镜搭载的中红外仪器（MIRI）在波长为6微米到12微米的中红外波段再次对K2-18 b进行了观测，并在观测中发现了更有力、更清晰的二甲基硫醚（DMS）和/或二甲基二硫醚（DMDS）存在的证据。这正是他们此次公布的最新研究成果。

两次观测在不同的波长范围内使用了不同的仪器，两个波段没有重叠的部分，这增加了最新研究成果的可信度。不过，由于这两种化学性质相近的分子的光谱特征在中红外波段上存在一定程度上的重叠，所以目前的研究还无法对两种分子作出准确的区分，即是其中某种分子的数量显著占优，还是两种分子都大量存在。未来精度更高的观测有望对二者进行更明确的区分。

这项研究成果一经公布，立即引发了天文学界的广泛关注。二甲基硫醚和二甲基二硫醚分子在地球上几乎都是由微生物的生命活动所形成的，被认为可以作为指示生命活动存在的“生物标志物”。例如，地球大气中的大部分二甲基硫醚是由海洋中的浮游植物产生的，我们所说的海风的味道就有一部分是来自这种物质。

浮游植物的显微照片。（图片来源：美国国家大气和海洋管理局）

但这两种分子在地球大气中的浓度极低，在体积上通常低于十亿分之一。而在K2-18 b上，观测显示它们的浓度要高出几千倍，超过百万分之十。

随着天文学家发现越来越多的系外行星，K2-18 b这一类的“氢海行星”被认为在宇宙中可能广泛存在。因此如果天文学家真的在K2-18 b上发现了生命存在的迹象，那么他们在其他地方发现系外生命的可能性也将会大大增加。

2023年马杜苏丹曾经表示：“我们的研究结果强调了在其他地方寻找生命时考虑各种宜居环境的重要性。通常情况下，对系外行星上的生命的搜寻主要关注岩质行星，但氢海行星明显更有利于大气观测。”而在新的研究成果公布后，马杜苏丹在剑桥大学官网上表示：“我们正在见证系外行星研究领域内的一次重大范式转换。”

但是，马杜苏丹等人的最新研究结果很快受到其他天文学家的质疑。他们乐于看到詹姆斯·韦布空间望远镜在解析系外行星大气成分方面可能具有的强大能力，却也提出信号是否真的存在还不确定，而且这些分子可能并非只能由生命活动所产生。约翰·霍普金斯大学的天文学家斯蒂芬·施密特（Stephen Schmidt）认为“这不是有力的证据”，而亚利桑那大学的天体生物学家泰莎·费舍尔（Tessa Fisher）则认为“几乎可以肯定这不是生命”。

首先，天文学家认为需要确认信号的真实性。在马杜苏丹等人2023年的发现里，二甲基硫醚信号的置信度只有2σ，即信号是偶然产生的可能性为5%，这只能为研究人员提供初步的提示。经过进一步观测，马杜苏丹等人在最新研究中把置信度提升到3σ，即观测到的数据与这种分子的光谱模型只是恰巧吻合的可能性仅为0.3%，这是一个明显的进步，但同科学研究中的置信度黄金标准5σ（即信号偶然产生的可能性为0.00006%）还有很大的距离。他们认为，利用詹姆斯·韦布空间望远镜进行16至24小时的后续观测，就有望将研究的置信度提高到5σ，但能否实现这一目标还有待观察。此外，也有天文学家提出，这样的数据分析工作没有考虑到模型本身存在错误的可能性，或者数据捕获到了可能与模型预测相符合的其他物质。

一个可谓前车之鉴的例子是，研究人员曾经利用哈勃空间望远镜（Hubble Space Telescope）对K2-18 b的大气层进行观测并发现了水蒸气存在的迹象，但后续更加深入的研究表明这些信号是由甲烷引起的。对于天文学家来说，如何准确地从观测数据中描述遥远行星的大气成分仍然是一个充满挑战的难题，他们还需要不断地对研究方法进行改进。

其次，批评者认为，虽然地球上的二甲基硫醚和二甲基二硫醚分子都来自生命活动，但是在与地球截然不同的系外行星环境中可能存在未知的非生物过程也能产生这两种分子，研究显示至少存在3种其他的可能性。

2024年3月，研究人员通过对欧洲空间局（ESA）罗塞塔（Rosetta）任务的数据进行分析，在丘留莫夫－格拉西缅科彗星（67P）上发现了二甲基硫醚存在的证据，而这颗彗星显然不是适合生命存在的地方。2024年9月，有研究人员发现，在实验室中通过使用紫外线照射模拟的系外行星大气也能够产生二甲基硫醚，这表明恒星发出的光线与系外行星的大气层中的分子之间的反应提供了一种用非生物过程产生二甲基硫醚的方式。此外，还有研究人员在恒星之间的气体和尘埃中也发现了二甲基硫醚存在的迹象。以上这些研究说明，自然界可以在没有生命活动的情况下制造出二甲基硫醚。

作为对这些研究的回应，马杜苏丹等人在最新论文中表示，无论是模拟的系外行星光化学反应，还是彗星对系外行星的撞击等已知的过程，都无法提供他们通过詹姆斯·韦布空间望远镜观测到的二甲基硫醚的数量。类似的情况在涉及其他“生物标志物”的地外生命搜寻过程中也都存在，研究人员需要更多的研究才能排除各种非生物过程的可能性。

目前来看，马杜苏丹领导的这项最新研究还只是展示了一种寻找系外生命的可能性，即便其中有令人期待的前景，断言发现系外生命也还为时尚早。

论文的共同作者、来自剑桥大学的萨瓦斯·康斯坦丁诺（Savvas Constantinou）也在剑桥大学官网上表示：“我们需要更多的研究以确认和理解这些令人兴奋的发现的含义，而我们的工作是所有这些研究的起点。”

虽然马杜苏丹和他的天文学同行围绕这项最新研究产生了争论，但他们显然在一件事情上达成了共识：在开普勒空间望远镜、哈勃空间望远镜开辟出搜寻和研究系外行星的道路后，2021年底发射升空的詹姆斯·韦布空间望远镜正在依靠强大的观测能力展示出丰富奇异的系外行星的世界。这台备受期望的望远镜能够对系外行星的大气进行更加全面和精确的测量，而测量结果对于确定这些系外行星是否适合生命存在甚至是发现“生物标志物”都具有重要的意义。

正如马杜苏丹所说，虽然他没有宣称这是一项确凿的发现，但是凭借像詹姆斯·韦布空间望远镜这样强大的工具和未来计划中的望远镜，人类正在逐步回答那个最基本的问题：我们是孤独的吗？

南方周末特约撰稿 鞠强

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