NASA科学家呼吁在寻找地外生命方面建立新的科学框架

发表于 3年以前 | 总阅读数：710 次

在《自然》杂志上发表的新文章中，在该机构首席科学家Jim Green的领导下，NASA的一个小组提供了一个样本量表，作为任何使用它的人，如科学家和传播者之间讨论的起点。他们设想的量表是以天体生物学几十年的经验为基础的，天体生物学是一个探究地球上生命起源和其他地方生命可能性的领域。

Green说：“拥有这样一个量表将帮助我们了解我们在特定地点寻找生命的情况，以及帮助我们进行这种探索的任务和技术的能力。”

该量表包含七个级别，反映了蜿蜒复杂的“阶梯”，这些“阶梯”将导致科学家宣布他们已经发现地球以外的生命。作为一个类比，Green和他的同事指出了技术准备程度表，这是NASA内部用来评定航天器或技术的飞行准备程度的系统。沿着这个谱系，像火星直升机Ingenuity这样的尖端技术从最初的想法开始，发展成为创造历史的太空任务中经过严格测试的组件。

作者希望今后科学家们在发表的研究报告中指出他们的天体生物学新成果如何符合这样的尺度。记者们也可以参考这种框架，在有关新的科学成果的报道中为公众设定期望值，这样小的步骤就不会显得是巨大的飞跃。

“到目前为止，我们已经让公众认为只有两种选择：要么是生命，要么不是生命，”NASA总部的NASA天体生物学项目负责人和研究报告的共同作者Mary Voytek说。“我们需要一种更好的方式来分享我们发现的兴奋点，并展示每一个发现是如何建立在下一个发现之上的，这样我们就可以把公众和其他科学家带到这个旅程中来。”

每次漫游车或轨道飞行器发现火星上曾经有水流动的证据时，都是令人激动的。每一个新的发现都向我们表明，火星过去的气候与地球相似，而且这颗红色星球曾经支持过生命。但这并不一定意味着任何一种生命曾经生活在那里，或者现在有任何东西生活在那里。围绕太阳以外的恒星运行的岩质行星的发现，特别是那些可能在其表面藏有液态水的行星，同样是诱人的，但其本身并不能证明地球以外的生命。那么，我们如何在背景中理解这些观察？

所有的科学都是一个提出问题的过程，提出假设，开发新的方法来寻找线索，并排除所有的替代解释。任何一个单独的检测可能都不能完全用生物过程来解释，必须通过后续的测量和独立的调查来证实。有时，仪器本身会出现问题。其他时候，实验根本没有发现任何东西，但仍然提供有价值的信息，说明哪些东西不起作用，哪些地方不应该看。

天体生物学也不例外。该领域追求一些任何人都能提出的最深刻的问题，关于我们的起源和在宇宙中的位置。随着科学家们越来越多地了解到什么样的信号与地球上不同环境中的生命有关，他们可以创造和改进在其他地方寻找类似信号所需的技术。

虽然随着科学家、传播者和其他人的权衡，这个量表的确切细节将不断演变，但《自然》杂志的文章提供了一个讨论的起点。

在量表的第一步，即"level 1"，科学家们将报告生命迹象的暗示，如生物相关的分子。一个例子是未来对火星上可能与生命有关的一些分子的测量。提高到"level 2"，科学家将确保检测没有受到地球上的仪器污染的影响。在"level 3"，他们将展示这种生物信号是如何在模拟环境中发现的，例如地球上的一个古老的湖床，类似于毅力号探测器的登陆点杰泽罗陨石坑。

为了将证据添加到量表的中间部分，科学家们将用有关环境是否可以支持生命的信息来补充这些最初的检测，并排除非生物来源。特别是对于火星来说，从火星返回的样本可以帮助取得这种进展。毅力号将很快收集和储存样本，目的是在未来的任务中，有一天将它们送回来。由于地球上的不同团队将有机会用各种仪器独立验证火星样本中的生命暗示，他们的证据组合可以达到"level 6"，即等级量表中的第二高阶。但是在这个例子中，要达到 level 7，也就是科学家们最确定他们已经在火星上探测到生命的标准，可能需要向火星的不同部分进行额外的任务。

作者写道：“实现最高级别的信心需要更广泛的科学界的积极参与。”

这种规模也适用于来自太阳系以外的发现。系外行星，即太阳系以外的行星，据信其数量超过了银河系中的3000亿颗恒星。但是小的岩石行星比气态巨行星更难从远处研究。未来的任务和技术将有必要分析地球大小的行星的大气层，这些行星具有类似地球的温度，接受足够数量的星光，适合我们所知的生命。今年晚些时候发射的詹姆斯-韦伯太空望远镜是该领域的下一个重大进展。但是可能需要一个更加敏感的望远镜来探测表明有生命的分子组合。

探测到系外行星大气中的氧气，将是寻找生命过程中的一个重要步骤。研究人员将氧气与生命联系起来，因为氧气是由植物制造的，而且我们呼吸需要它，但也有地质过程产生氧气，所以它本身并不能证明有生命。为了提高等级，任务小组可以证明氧气信号没有被地球反射的光污染，并研究该星球大气层的化学成分，以排除地质学解释。支持生命的环境的额外证据，如海洋，将支持这个假设的行星有人居住的情况。

研究系外行星的科学家们渴望找到氧气和甲烷，这是地球大气层中表明有生命的一种气体组合。因为这些气体会导致相互抵消的反应，除非这两种气体都有生物来源，找到这两种气体将是一个关键的 “level 4”里程碑。

为了达到 level 5，天文学家将需要第二次独立地探测到一些生命的暗示，例如具有暗示森林或藻类颜色的行星的全球图像。科学家将需要更多的望远镜或更长期的观察，以确定他们在一颗系外行星上发现了生命。

研究作者强调，不应该把这个量表看成是一场争夺冠军的比赛。这个量表强调了美国宇航局的许多任务在没有直接探测到可能的生物信号的情况下奠定基础的重要性，例如在描述其他行星体的环境特征方面。

即将到来的任务，如Europa Clipper，一个在本十年晚些时候前往木星的冰冷卫星木卫二的轨道器；以及Dragonfly，一个将探索土星卫星Titan的飞行器，将提供关于有一天可能发现某种形式的生命的环境的重要信息。

Voytek说：“通过每一次测量，我们对行星的生物和非生物过程都有了更多了解。寻找地球以外的生命需要科学界的广泛参与以及多种观察和实验。团结起来，我们可以更有力地寻找暗示，我们并不孤单。”