明明人类要呼吸氧气，科学家却要在系外行星寻找甲烷，这是为什么

氧气

一个人可以一天不吃饭，一天不喝水，但是一分钟不呼吸就可能坚持不住。我们体内有脂肪可以储存能量，细胞内也有水分可以利用，但是必须持续有氧气的摄入才能完成人体的各项机能。

在地球的大气层中，氧气占了大概21%的比例，我们通过呼吸摄入这些氧气，才能赖以生存。一旦没有氧气，地球上的生物几乎就会全部死亡。

因此，不论是寻找人类的第二家园，还是潜在有可能孕育生命的系外行星，我们都会重点关注这些星球上是否有氧气。

但是这里有一个问题：地球也不是 一开始就有这么多氧气的。实际上，科学家的研究表明，地球大气在拥有足够的氧气支持需要呼吸氧气的动物生存之前，还经历过一段非常漫长的缺氧时期，这段时期可能长达10亿年。直到蓝藻之类的厌氧生物出现，产生出大量的氧气，改变了地球的环境。

（图片说明：早期地球假想图）

因此，有些科学家一直在思考：如果我们观测到的某颗行星，恰好类似于只有蓝藻的地球，难道就要因为它的大气中没有氧气而放弃吗？如果是这样，那么我们恐怕已经错过了许多可能已经孕育了厌氧生物的星球！

那么，我们是否还有其他的指标，去检验生物存在的可能性呢？

甲烷

自华盛顿大学地球和空间科学系的Nicholas Wogan和虚拟行星实验室的Nicholas Wogan最近在《行星科学杂志》发表了他们的最新研究成果，他们指出：相比于氧气，甲烷的大量存在似乎更有可能预示着生命的痕迹，我们未来可以通过甲烷来判断一颗行星上是否孕育了生命。

他们认为，一颗类地行星上如果出现大量的甲烷，那么它大概有两种可能来源，其一是行星表面的生物，另一个就是火山喷发。因此，如果我们能够排除火山这种非生物因素，那就意味着这颗行星很有可能已经孕育了生命。

那么，在如此遥远的距离上，我们该如何确定甲烷的来源呢？

火山Vs生物

他们设计了一个模型，来模拟类地行星上的火山喷发会将多少甲烷和二氧化碳释放到大气中。其中，他们一共设计了两种环境：

纯海洋行星：所有的火山都是海底火山；

类地行星：既有海洋也有陆地，两种火山都有喷发。

通过对两种情况的模拟，他们发现，不论是什么样的行星上的火山，所产生的甲烷和二氧化碳比例都和生物存在的情况完全不同。这意味着，通过两种气体的比例来排除火山的因素是行得通的。

他们指出，造成这个现象的原因，就在于岩浆可以锁住更多的氢元素。由于水（H2O）在岩浆中的溶解度比较高，会导致更多的氢元素留在岩浆里，减少了甲烷的比例。不仅如此，只有当岩浆温度比较低的时候，甲烷才会更容易被释放出来，而普通的岩浆温度都太高了。

尤其以地球为例，火山喷发所产生的甲烷量以及几乎可以忽略不计，这更加让我们有理由相信，甲烷的量如果过多的话，则更有可能是来自于生物的生化反应。

（图片说明：本次研究中科学家绘制的一些图像，a和b衡量的是海洋行星和海洋-陆地行星上甲烷的量，c和d代表的是甲烷生成量和岩浆温度的关系）

而且，就算那些微乎其微的概率发生了，极特殊的条件下仅仅靠火山产生大量的甲烷，我们同样有办法证明这些甲烷并非来自于生物。

目前的考古资料证明，地球在形成初期也经历过非常频繁而又剧烈的火山喷发过程。那段时期，地球产生岩浆的量甚至可能达到今天的25倍之多，同时也的确产生了更多的甲烷。不过研究人员也注意到，在这个过程中，还有一种气体会大量产生，那就是二氧化碳。

（图片说明：早期地球表面环境假想图）

对于系外行星，情况可能也是一样的。因此，如果我们检测到一颗系外岩石行星的大气中有大量的甲烷，那么它就有可能已经有生命在活动了。如果我们还能对它的二氧化碳比例进行观测，就有可能排除掉火山喷发的因素，其孕育生命的概率更加提高。

除此之外，我们还可以通过一氧化碳来进一步加强生命的信号。如果系外行星的大气中一氧化碳含量足够低，那么将会增加生命存在的可能，因为生命更容易消耗这些一氧化碳。而具有还原性的火山气体则更容易提升一氧化碳的含量，所以一氧化碳含量足够低，意味着这些甲烷更有可能不是来自于火山。

更强大的望远镜

好了，如果甲烷确实能够帮助我们寻找地外生命，那么接下来的问题就是：我们该如何在几百甚至几千光年以外寻找系外行星上的甲烷呢？另外，我们该如何结合行星的环境，推测这些甲烷的来源呢？

工欲善其事，必先利其器。想要探测到这些秘密，我们就需要一台非常强大的观测设备，比如NASA即将在明年发射升空的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）。

詹姆斯·韦伯太空望远镜是比哈勃太空望远镜更加先进的新一代太空望远镜，具有着极强的观测能力。哈勃望远镜的口径只有2.4米，而JWST的口径将可以达到6.5米。它不仅可以看得更远，还能看得更细，对于很多哈勃望远镜力所不能及的信息，它都能够观测到，因此被科学家们寄予厚望。

在JWST发射之前，科学家们需要提前考虑好该如何使用它，才能保证它在升空后能够更高效地运行。而类似于这样的研究，就是在为未来的JWST提供研究的方向，帮助科学家们更好地利用这台强大的设备。

研究人员在论文的最后也指出，本次研究的结论都是来自于对地球环境的理解。在无数系外行星上，也许气体的循环或者反应并不和地球一样，因此我们仍然需要大量的研究。不过，不论这次研究的结论是否正确，这都是我们科技发展的必经之路。不管怎么说，随着相关研究的不断深入，我们距离地外生命也将会越来越近。