寻找系外生命何必找氧气？新研究表明：生命也可以呼吸氢气
在科幻作家大卫·布林的名作《提升之战》中，有一种诡异的外星生命，可以通过呼吸氢气来生存。在当时看来，这个想法似乎有些大胆。不过，最近真的有科学家在认真思考这一点。
呼吸氢气的生物
在寻找地外生命的时候，科学家们一直默认一点：气体行星是无法孕育生命的。这是因为没有液体和固体表面，而且风暴过于恶劣，无法让生命稳定存在。
不过，虽然这些以氢气为主要成分的气体行星不太可能支持生命的存在，但是生命仍然可能与氢气有着密不可分的关系。最近，麻省理工学院的Sara Seager提出：人类应该尝试在宇宙中寻找那些呼吸氢气的生物，这将大大增加人类找到地外生命的概率。
这支科研团队最近在《自然天文学》杂志上发表了一篇文章，介绍了自己团队近期的研究成果。她和她的同事们在实验室研究中观察到，有一些微生物（如大肠杆菌和酵母菌）可以在以氢气为主的空气环境中生存并且茁壮成长。不仅如此，此前也有研究发现，地壳中有一些微生物可以通过代谢氢气来生存，所有这些生物体现出了惊人的多样性。这个现象引起了她的思考：是否宇宙中有些星球孕育了这样的生物甚至是生态系统呢？
要知道，在宇宙中，像地球这样以氮气和氧气为主的行星数量并不是非常多。相比之下，氢作为宇宙中最丰富的元素，更有可能出现在其他星球上。同时，氢气要比氮气和氧气轻得多，因此可以从地表延伸到更远的地方。据计算，氢气为主的大气层比地球只有地球大气层密度的1/14。由于体积和密度成反比，我们可以知道，富氢的行星会有更蓬松的大气层，也就更容易被我们发现。
地球曾经是什么样的
你可能以为：一颗星球的大气结构造就了它表面的生物。但是，一颗星球上的生物也反过来造就了它表面的大气层，地球就是一个例子。
科学家告诉我们：地球也不是一直都拥有今天这样的大气层的。据推测，在刚形成大气层的时候，地球并没有今天这么多的氧气。恰恰相反，那时候的地球非常贫氧。那个时候，大气层中有很多的二氧化碳，以及不到1%的氢气。
说起来，那时候的地球算不上是富氢行星，但是氢气的确有着重要的意义。
有人认为，由于那个时期几乎没有氧气，地球出现的早期生命并不像我们一样吸入氧气呼出二氧化碳。它们可能会通过结合氢气和碳，释放出甲烷，并在这个过程中获得自己所需的能量或者物质。于是，那个时期的地球大气层中含有大量的二氧化碳和甲烷，以及极少量的氢气。
一直到二十多亿年前，著名的大氧化事件发生了。在这个过程中，地球的氧气含量大幅提高，最终形成了今天这样的大气结构，以及今天这样的生物圈。但是，直到今天，地球上依然有一些我们平时注意不到的生物，它们生活在极端环境下，依然在通过吸收大气层中仅存的一点点氢气和二氧化碳，合成甲烷。
说了这么多，我们是想告诉你：一颗星球上的气体不仅仅可能是产生生命的条件，还可能是生命改造星球的结果。因此，那些富氢的行星之所以长时间内没有被看作孕育生命的候选者，是因为我们并非诞生于富氢行星，也没有造就地球的富氢大气层。但是，也许某一颗富氢行星上就可以孕育生命，它的氢气并没有像早期地球一样被耗尽，而是完全塑造了一群靠氢气生存的生命。
富氢行星是什么样的
不过，虽然我们说氢是宇宙中最丰富的元素，但也不意味着它在每一颗天体上都那么常见。看看太阳系内的天体我们就会发现：以氢为主的天体中最小的海王星直径也有地球的4倍，而其他比海王星更小的天体都没有如此多的氢气。
这不是巧合，而是因为气体相对分子质量越小，运动速度越快，也就越容易逃出大气层。也许地球大气层中也曾经有过富含氢气的时期，但是在几十亿年的时间里，绝大部分氢气都逃逸了，地球也就变成了今天的模样。
科学家推测，一颗富含氢气且能够孕育生命的行星，质量至少是地球的2倍，最高不超过10倍——这可以保证它还是类地岩石行星，毕竟我们目前还认为气体行星是不适合生命存在的。
行星表面的氢气不一定完全靠原始星云提供，也可能是在行星形成后，表面的铁和水反应生成。但是，这样的行星上几乎是不含氧气的，或者氧气含量非常低，否则一不小心二者就会被点燃，而且一直烧到一方的浓度不足以支持燃烧——当然，这样的结果就是两种，要么是氧气极少的富氢行星，要么是氢气极少的富氧行星。
Seager等人同时提出：如果氢气的浓度达到一定的数字，它甚至可以变成温室气体，提高行星表面的温度，让行星在较远的距离上仍然拥有液态水。
Seager甚至还举了一个有趣的例子：如果在富氢行星上，爬珠穆朗玛峰这么高的山将会容易得多，即使在海拔几千米的高处，也不会有高原反应，因为大气层太浓厚了。不过，从太空中看这种行星的表面也会因此而变得困难一些。"我们还没有对整个生态系统进行深入思考，不过它未必是一个和地球完全不同的世界。"Seager说。
如何寻找富氢类地行星
那么，我们该如何观测系外行星的大气层中是否富含氢气呢？
系外行星经常会出现凌日现象，也就是位于地球和宿主恒星之间。宿主恒星大部分的光不会受到影响，只有一小部分被遮挡住，同时还有极少的一部分恰好透过行星的大气层传到地球，被我们观测到。在这些光线穿透大气层的时候，会激发大气层内各种原子内部电子的跃迁，从而形成独特的光谱。因此，只要检测这些光谱，我们就知道大气层中有哪些原子。
2021年，NASA将会发射万众期待的詹姆斯·韦伯太空望远镜，它在追溯最古老宇宙景象的同时，还具备观测系外天体光谱的能力。因此，它可以帮助我们寻找包括氢气在内的各种可能孕育生命的气体，让我们在寻找地外生命方面取得进一步的突破。
虽然目前来说，我们还认为含氢最多的气体行星不太可能孕育生命，但即使是富氢的类地行星就足以将发现地外生命的可能性提高了一倍左右。