為什么一直找不到外星人？科學(xué)家觀察一顆小行星后，終于搞清楚了

今年 4 月（2025 年）出現(xiàn)的一個(gè)微小跡象，似乎可能改變我們對(duì)宇宙的認(rèn)知。天文學(xué)家在一顆名為 K2-18b 的遙遠(yuǎn)行星大氣層中，僅探測(cè)到一絲微弱的信號(hào) —— 兩種分子在其中旋轉(zhuǎn)的微光。而在地球上，這類分子僅由生命體產(chǎn)生。這是一個(gè)誘人的可能性：它是迄今為止關(guān)于地外生物特征（即與生物活動(dòng)相關(guān)的生命痕跡）最有希望的證據(jù)。

但僅幾周后，新的研究發(fā)現(xiàn)表明，探索仍需繼續(xù)。

“這很令人興奮，但它立即引發(fā)了幾個(gè)警示信號(hào)，” 亞利桑那州立大學(xué)地球與空間探索學(xué)院的博士后研究學(xué)者路易斯?韋爾班克斯（Luis Welbanks）博士說，“因?yàn)殛P(guān)于潛在生物特征的聲明具有歷史性意義，但統(tǒng)計(jì)證據(jù)的重要性或強(qiáng)度，對(duì)于現(xiàn)有數(shù)據(jù)而言似乎過高?！?/p>

盡管 4 月研究中在 K2-18b 上發(fā)現(xiàn)的分子 —— 二甲基硫（DMS）和二甲基二硫（DMDS）—— 在地球上主要與微生物有機(jī)體相關(guān)，但科學(xué)家指出，這些化合物也可能在沒有生命的情況下形成?，F(xiàn)在，包括韋爾班克斯在內(nèi)的三個(gè)未參與該研究的天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)，評(píng)估了原始生物特征發(fā)現(xiàn)中使用的模型和數(shù)據(jù)，并得出了截然不同的結(jié)果，他們已將這些結(jié)果提交同行評(píng)審。

與此同時(shí)，4 月研究的主要作者尼克庫(kù)?馬杜蘇丹（Nikku Madhusudhan）及其同事進(jìn)行了額外研究，稱這些研究強(qiáng)化了他們之前關(guān)于這顆行星的發(fā)現(xiàn)。而且，多個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的更多觀測(cè)和研究可能即將展開。

圍繞 K2-18b 的一系列研究論文，讓人們得以一窺實(shí)時(shí)展開的科學(xué)過程。它揭示了研究人員尋找地球以外生命證據(jù)的復(fù)雜性和細(xì)微之處，并表明為何證明的門檻如此之高且難以達(dá)到。

K2-18b 距離地球 124 光年，通常被認(rèn)為是搜尋生命跡象的理想目標(biāo)。根據(jù)劍橋大學(xué)天文研究所天體物理學(xué)和系外行星科學(xué)教授馬杜蘇丹此前領(lǐng)導(dǎo)的研究，它被認(rèn)為是一顆 “海洋行星”（Hycean world），即完全被液態(tài)水覆蓋、擁有富氫大氣層的行星。因此，K2-18b 迅速成為太陽系外潛在宜居地的關(guān)注點(diǎn)。

馬杜蘇丹和他的劍橋同事們相信 K2-18b 的潛力，他們利用目前運(yùn)行的最大太空望遠(yuǎn)鏡 —— 詹姆斯?韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（James Webb Space Telescope）對(duì)該行星進(jìn)行了觀測(cè)，以進(jìn)一步研究它。但芝加哥大學(xué)的兩位科學(xué)家 —— 天文學(xué)與天體物理學(xué)系博士后學(xué)者拉斐爾?盧克（Rafael Luque）博士和 51 Pegasi b / Burbidge 博士后研究員邁克爾?張（Michael Zhang）—— 發(fā)現(xiàn)了他們研究中的一些問題。

盧克說，在回顧馬杜蘇丹團(tuán)隊(duì)于 4 月發(fā)表的論文（該論文是對(duì)其 2023 年研究的跟進(jìn)）后，他和張注意到韋伯的數(shù)據(jù)看起來 “嘈雜”。

張解釋道，由望遠(yuǎn)鏡缺陷和不同光粒子到達(dá)望遠(yuǎn)鏡的速率引起的 “噪聲”，只是天文學(xué)家研究遙遠(yuǎn)系外行星時(shí)面臨的挑戰(zhàn)之一。噪聲會(huì)扭曲觀測(cè)結(jié)果，并給數(shù)據(jù)引入不確定性。

試圖在遙遠(yuǎn)系外行星的大氣層中探測(cè)特定氣體，會(huì)帶來更多不確定性。張說，像二甲基硫這樣的氣體最顯著的特征，源于氫和碳分子的鍵合 —— 這種連接可以拉伸、彎曲并吸收不同波長(zhǎng)的光，使得明確探測(cè)某一種分子變得困難。

“問題基本上在于，每個(gè)有機(jī)分子都有碳?xì)滏I，” 張說，“這類分子有數(shù)億種，因此這些特征并非獨(dú)一無二。如果有完美的數(shù)據(jù)，或許可以區(qū)分不同分子；但如果沒有完美的數(shù)據(jù)，很多分子（尤其是有機(jī)分子）看起來非常相似，在近紅外波段尤其如此?！?/p>

盧克和張進(jìn)一步深入研究論文時(shí)還注意到，該行星的推測(cè)溫度從馬杜蘇丹 2023 年發(fā)表的研究中約 250 開爾文至 300 開爾文（-9.67 華氏度至 80.33 華氏度，或 - 23.15 攝氏度至 26.85 攝氏度），急劇上升至 4 月研究中的 422 開爾文（299.93 華氏度或 148.85 攝氏度）。
張說，如此嚴(yán)酷的溫度可能會(huì)改變天文學(xué)家對(duì)這顆行星潛在宜居性的看法，尤其是因?yàn)轫f伯能探測(cè)到的大氣層頂部仍保持較低溫度，而其表面或下方的海洋溫度可能更高。

“這只是從大氣層得出的推論，但它肯定會(huì)影響我們對(duì)這顆行星的整體認(rèn)知，” 盧克說。

他表示，部分問題在于，4 月的分析沒有包含馬杜蘇丹團(tuán)隊(duì)過去幾年使用全部三臺(tái)韋伯儀器收集的數(shù)據(jù)。因此，盧克、張及其同事進(jìn)行了一項(xiàng)研究，將所有可用數(shù)據(jù)結(jié)合起來，看是否能得出相同結(jié)果，甚至發(fā)現(xiàn)更多二甲基硫。他們發(fā)現(xiàn)，在該行星大氣層中，這兩種分子的證據(jù) “不足”。
相反，盧克和張的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了其他分子，如乙烷，它們可能符合相同的特征，但乙烷并不意味著存在生命。

亞利桑那州立大學(xué)的韋爾班克斯及其同事（包括馬里蘭大學(xué)帕克分校天文學(xué)系博士后研究員馬特?尼克松（Matt Nixon）博士），也在 4 月關(guān)于 K2-18b 的論文中發(fā)現(xiàn)了他們認(rèn)為的根本性問題。

韋爾班克斯說，問題在于馬杜蘇丹及其團(tuán)隊(duì)如何創(chuàng)建模型來展示行星大氣層中可能存在哪些分子。

“每個(gè)（分子）都針對(duì)相同的最小基線逐一測(cè)試，這意味著每個(gè)模型都有一個(gè)人為優(yōu)勢(shì)：它是唯一被允許的解釋，” 韋爾班克斯說。

當(dāng)韋爾班克斯及其團(tuán)隊(duì)進(jìn)行自己的分析時(shí)，他們擴(kuò)展了馬杜蘇丹研究中的模型。

“（馬杜蘇丹及其同事）不允許任何其他化學(xué)物質(zhì)可能產(chǎn)生這些微弱信號(hào)或觀測(cè)結(jié)果，” 尼克松說，“因此，我們想做的主要事情是評(píng)估其他化學(xué)物質(zhì)是否能充分?jǐn)M合數(shù)據(jù)?！?/p>

韋爾班克斯說，當(dāng)模型擴(kuò)展后，二甲基硫或二甲基二硫的證據(jù) “就消失了”。

馬杜蘇丹認(rèn)為，在他 4 月論文之后發(fā)表的研究 “非常令人鼓舞”，并 “促成了關(guān)于 K2-18b 數(shù)據(jù)解釋的健康討論”。

他回顧了盧克和張的工作，并認(rèn)同他們的發(fā)現(xiàn)并未顯示 “對(duì) DMS 或 DMDS 的強(qiáng)探測(cè)”。馬杜蘇丹說，當(dāng)他的團(tuán)隊(duì)在 4 月發(fā)表論文時(shí)，觀測(cè)結(jié)果達(dá)到了 3-σ 的顯著水平，即探測(cè)結(jié)果偶然發(fā)生的概率為 0.3%。

對(duì)于極不可能偶然發(fā)生的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，觀測(cè)必須達(dá)到 5-σ 的閾值，即觀測(cè)結(jié)果偶然發(fā)生的概率低于 0.00006%。韋爾班克斯說，達(dá)到這一閾值需要許多步驟，包括使用多臺(tái)望遠(yuǎn)鏡重復(fù)探測(cè)同一分子，并排除潛在的非生物來源。

雖然這類證據(jù)可能在我們有生之年被發(fā)現(xiàn)，但它不太可能是一個(gè) “ureka”（ureka，意為 “我發(fā)現(xiàn)了”）的瞬間，而更可能是一個(gè)需要天文學(xué)家、物理學(xué)家、生物學(xué)家和化學(xué)家達(dá)成共識(shí)的緩慢積累過程。

“我們?cè)谌魏窝芯恐卸紡奈催_(dá)到過那種證據(jù)水平，” 馬杜蘇丹在電子郵件中寫道，“我們?cè)谇皟身?xiàng)研究（Madhusudhan 等人，2023 年和 2025 年）中僅發(fā)現(xiàn)了達(dá)到或低于 3-σ 的證據(jù)。我們將其稱為‘中等證據(jù)’或‘線索’，而非強(qiáng)探測(cè)。我認(rèn)同（盧克和張）的說法，這與我們的研究一致，并且我們?cè)谘芯亢徒涣髦袕V泛討論了需要更強(qiáng)證據(jù)的必要性?！?/p>

為回應(yīng)韋爾班克斯團(tuán)隊(duì)的研究，馬杜蘇丹及其劍橋同事撰寫了另一篇手稿，將 K2-18b 的搜索范圍擴(kuò)展到包括 650 種分子，并已將新分析提交同行評(píng)審。

“這是迄今為止在系外行星中對(duì)化學(xué)特征的最大規(guī)模搜索，使用了 K2-18b 的所有可用數(shù)據(jù)，并搜索了 650 種分子，” 馬杜蘇丹說，“我們發(fā)現(xiàn)，DMS 仍然是這顆行星中有希望的候選分子，盡管如我們?cè)谥暗难芯恐兴赋龅?，需要更多觀測(cè)才能進(jìn)行確鑿探測(cè)?！?/p>

韋爾班克斯和尼克松對(duì)馬杜蘇丹及其同事解決了提出的擔(dān)憂表示欣慰，但韋爾班克斯認(rèn)為，這篇新論文實(shí)際上收回了原始 4 月研究中的核心主張。

“新論文默認(rèn)承認(rèn) DMS/DMDS 的探測(cè)并不穩(wěn)健，但仍依賴相同有缺陷的統(tǒng)計(jì)框架和對(duì)自身結(jié)果的選擇性解讀，” 韋爾班克斯在電子郵件中說，“盡管語氣有時(shí)更為謹(jǐn)慎，但方法繼續(xù)掩蓋了真實(shí)的不確定性水平。早期工作中聲稱的統(tǒng)計(jì)顯著性，是未被承認(rèn)的任意建模決策的產(chǎn)物?！?/p>

盧克表示，劍橋團(tuán)隊(duì)的新論文是朝著正確方向邁出的一步，因?yàn)樗剿髁似渌赡艿幕瘜W(xué)生物特征。

“但我認(rèn)為它在范圍上有所欠缺，” 盧克說，“我認(rèn)為它過于局限于對(duì)（韋爾班克斯）論文的反駁?！?/p>

不過，研究 K2-18b 的天文學(xué)家一致認(rèn)為，推進(jìn)對(duì)這顆系外行星的研究有助于科學(xué)進(jìn)程。

“我認(rèn)為，討論這顆行星上發(fā)生了什么，是一種良好、健康的科學(xué) discourse（討論），” 韋爾班克斯說，“無論目前任何單一作者團(tuán)隊(duì)怎么說，我們都沒有‘銀彈’（即決定性證據(jù)）。但這恰恰是令人興奮的原因，因?yàn)槲覀冎?，我們從未如此接近（發(fā)現(xiàn)生物特征），而且我認(rèn)為我們可能在有生之年實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，但現(xiàn)在還沒有。這不是失敗，我們正在測(cè)試大膽的想法?！?/p>