出品：科普中國(guó)

作者：謝基偉（南京大學(xué)）

最近，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）宣布詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡揭示了在寒冷、黑暗宇宙中隱藏在冰冷云層中的驚人分子。消息一出，科幻迷們坐不住了，難道真有外星生命的存在？別急！今天，我們就來(lái)好好聊聊這個(gè)“生命起源前分子”。

(資料圖片)

由韋布望遠(yuǎn)鏡的近紅外相機(jī)拍攝的圖像描繪了Chamaeleon I分子云的中心區(qū)域圖片來(lái)源：NASA/歐洲空間局/加拿大航天局

地外生命，真的存在嗎？

“是否存在地外生命？”、“人類(lèi)在宇宙中是否孤獨(dú)？”這是一些有趣但很根本的問(wèn)題。經(jīng)常有不同年齡段的學(xué)生對(duì)這些問(wèn)題感到無(wú)比好奇，同樣的，科學(xué)家們也會(huì)經(jīng)常思考這樣的問(wèn)題。從科學(xué)和歷史兩個(gè)方面進(jìn)行推理，地外生命是存在的，人類(lèi)在宇宙中并不孤獨(dú)。

從科學(xué)方面來(lái)說(shuō)，宇宙的龐大幾乎超越我們的想象。我們所處的銀河系至少有千億顆恒星，而整個(gè)宇宙至少有千億個(gè)星系。雖然一顆恒星周?chē)猩男行歉怕屎艿?，但是一個(gè)很小的數(shù)乘以一個(gè)很大的數(shù)很大可能不會(huì)只能等于1（即我們的地球）。換句話說(shuō)，宇宙中很可能還存在像地球一樣有生命的行星。

從歷史方面來(lái)說(shuō)，“人類(lèi)是否孤獨(dú)？”這并不是什么新鮮的問(wèn)題。幾十萬(wàn)年前，遠(yuǎn)古人已經(jīng)開(kāi)始好奇大地的遠(yuǎn)方是否有他們的同類(lèi)？于是找到不同的族群，形成部落和國(guó)家。五百多年前，哥倫布等航海家好奇大洋的彼岸是否有他們的同類(lèi)，于是發(fā)現(xiàn)了新大陸，形成全球化和人類(lèi)共同體。

現(xiàn)在，我們?nèi)匀缓闷嫱瑯拥膯?wèn)題——人類(lèi)是否孤獨(dú)？不過(guò)，此時(shí)我們面對(duì)的是太空，是浩瀚的宇宙。我相信歷史還是會(huì)給出同樣的答案。

雖然我相信地外生命的存在，但是真正發(fā)現(xiàn)它們甚至聯(lián)系它們，并非一蹴而就，人類(lèi)還有很長(zhǎng)一段路要走。此次韋布望遠(yuǎn)鏡檢測(cè)“生命起源前分子”這一發(fā)現(xiàn)，只是探索地外生命長(zhǎng)途中的一小步。它進(jìn)一步從科學(xué)上支撐了“存在地外生命”、“人類(lèi)在宇宙中并不孤獨(dú)”這樣的信念。

詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)Chamaeleon I分子云的紅外光譜

光譜中的各種譜線特征揭示各種分子的存在

圖片來(lái)源：ILLUSTRATION: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

SCIENCE: Klaus Pontoppidan (STScI), Nicolas M. Crouzet (LEI), Zak Smith (The Open University), Melissa McClure (Leiden Observatory)

“生命起源前分子”究竟是什么？

“生命起源前分子”其實(shí)就是生命起源前一般存在的較為簡(jiǎn)單的分子，比如水、一氧化碳、二氧化碳、氨氣、甲烷、甲醇等。它的發(fā)現(xiàn)并不代表人類(lèi)已經(jīng)找到了地外生命。其實(shí)，此前也曾發(fā)現(xiàn)過(guò)一些所謂的生命起源前分子，比如在一些系外行星的大氣中，以及在一些年輕的恒星天體周?chē)?/p>

但是，此次依靠韋布望遠(yuǎn)鏡的強(qiáng)大探測(cè)能力所觀測(cè)到的這些分子，是在格外致密和寒冷的分子云中存在的。而且由于韋布望遠(yuǎn)鏡非常寬的光譜覆蓋范圍，它能同時(shí)探測(cè)到很多分子譜線。

這次研究也是迄今為止最全面的一次對(duì)這些恒星和行星形成之前冰成分的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)。這次研究的科學(xué)意義在于，它揭示了早在恒星和行星誕生之前，這些所謂的生命起源前分子（水，一氧化碳，二氧化碳以及一些有機(jī)分子如甲醇等）就已經(jīng)在分子云的冰深處形成。

韋布望遠(yuǎn)鏡——最理想的觀測(cè)選擇

作為有史以來(lái)觀測(cè)能力最強(qiáng)的紅外空間望遠(yuǎn)鏡，大至宇宙，小到行星的各個(gè)天文領(lǐng)域中，韋布望遠(yuǎn)鏡均能取得前所未有的發(fā)現(xiàn)。

它能看得很“遠(yuǎn)”，它能看到宇宙誕生后第一批形成的恒星和星系，讓我們對(duì)宇宙的誕生，星系的形成和演化有全新的理解。它又能看得很“細(xì)”，除了能發(fā)現(xiàn)彌漫在宇宙中分子云中的各種冰分子，它還能探測(cè)太陽(yáng)系外行星大氣的成分，極大地拓展我們對(duì)行星，包括地球，以及生命起源的認(rèn)識(shí)。

詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡

圖片來(lái)源：Veer圖庫(kù)

對(duì)于本次發(fā)現(xiàn)，韋布望遠(yuǎn)鏡是當(dāng)之無(wú)愧的“幕后功臣”。發(fā)現(xiàn)這些分子的基本原理是：背景恒星的光穿過(guò)分子云被望遠(yuǎn)鏡的光譜儀觀測(cè)到。分子云中的各種冰分子通常會(huì)吸收特定波長(zhǎng)的光子，在光譜上留下印記，即光譜吸收線，從而被探測(cè)發(fā)現(xiàn)。

很多分子譜線落在紅外波段，這正是韋布望遠(yuǎn)鏡工作的主要波段。這次的觀測(cè)對(duì)象是兩個(gè)致密分子云，因此光穿過(guò)后到達(dá)望遠(yuǎn)鏡的信號(hào)非常微弱的，必須要大型的（聚光能力強(qiáng)）的望遠(yuǎn)鏡，如韋布望遠(yuǎn)鏡才能探測(cè)到。

其它的天文望遠(yuǎn)鏡能觀察到嗎？答案是基本不能。首先，為了排除地球大氣中各種分子（水，二氧化碳等分子）的影響，不能使用地面望遠(yuǎn)鏡。而對(duì)于空間望遠(yuǎn)鏡而言，雖然哈勃的觀測(cè)能力也很強(qiáng)，但它的工作波段主要在光學(xué)和近紅外，對(duì)中紅外和遠(yuǎn)紅外無(wú)能為力。

因此，韋布望遠(yuǎn)鏡是目前這方面最理想的天文望遠(yuǎn)鏡。它的口徑比哈勃還大，聚光能力更強(qiáng)，能探測(cè)到更暗弱信號(hào)，并且其工作波段在紅外波段覆蓋廣，能發(fā)現(xiàn)大量的分子譜線。

詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)充滿恒星的創(chuàng)世之柱

圖片來(lái)源：Veer圖庫(kù)

結(jié)語(yǔ)

本次研究是“冰河時(shí)代”(ice age)項(xiàng)目的一部分，這是韋布望遠(yuǎn)鏡的13個(gè)早期釋放科學(xué)項(xiàng)目之一。這些觀測(cè)旨在展示韋布的觀測(cè)能力，并讓天文學(xué)家學(xué)習(xí)如何充分利用該儀器。

預(yù)計(jì)未來(lái)韋布望遠(yuǎn)鏡將開(kāi)展近一步的觀測(cè)工作，以助我們了解冰如何從最初的合成演變到原行星盤(pán)的彗星形成區(qū)域，從而揭示哪些冰的混合物（哪些元素）最終可以輸送到類(lèi)地行星的表面，或融入巨行星的大氣層等重要科學(xué)問(wèn)題。

此次發(fā)現(xiàn)并不意味著真正找到了地外生命，但可以將其視為人類(lèi)在探尋地外生命的征途中邁出的又一步。它揭示了早在恒星和行星誕生之前，這些所謂的生命起源前分子就已在分子云的冰深處形成?？紤]到分子云彌漫宇宙各個(gè)角落，因此這項(xiàng)研究的結(jié)果也意味著生命起源在宇宙各處存在著相近的初始條件。

這一發(fā)現(xiàn)，從科學(xué)上支撐了“存在地外生命”、“人類(lèi)在宇宙中并不孤獨(dú)”的信念。而正是這種信念的存在，促使著人類(lèi)對(duì)宇宙不懈探索，不斷將一個(gè)個(gè)“信念”變成一個(gè)個(gè)“常識(shí)”。

標(biāo)簽： 生命起源 二氧化碳 空間望遠(yuǎn)鏡