一顆係外行星從它的恒星前麵經過時的圖像（藝術概念圖 視角來自行星附近的一個假想點）。圖片來源：NASA戈達德太空飛行中心如果說我們在圍繞另一顆恒星運行的行星 呼吸氫氣的外星人？科學傢提齣尋找外星生命的新方法 - 趣味新聞網

一顆係外行星從它的恒星前麵經過時的圖像（藝術概念圖，視角來自行星附近的一個假想點）。

圖片來源：NASA戈達德太空飛行中心

如果說我們在圍繞另一顆恒星運行的行星，也就是係外行星上，首次發現瞭生命存在的證據，那麼方式很可能是通過分析這顆行星大氣中的氣體。已知的類地行星數量正日益增多，要不瞭多久我們就能在係外行星的大氣層中發現與地球生命相關的氣體。

但是，倘若外星生命利用的是與我們地球生命不同的化學物質呢？發錶在《自然-天文學》（Nature Astronomy）上的一項新研究認為，我們利用大氣層尋找生命證據的最佳機會，是將我們的搜索範圍從關注像地球這樣的行星，擴大到包括那些具有氫氣大氣層的行星。

當一顆係外行星從它的恒星前麵經過時，也就是發生淩星（transit）現象時，我們可以對它的大氣層進行探測分析。此時，恒星的光必須穿過行星的大氣層纔能到達我們，其中一些光會隨著它的移動而被吸收。通過查看恒星的光譜（恒星的光會根據波長分解成不同的譜綫），計算齣由於淩星而丟失的光，就能揭示係外行星的大氣由哪些氣體組成。記錄係外行星大氣是一拖再拖的詹姆斯・韋布空間望遠鏡（James Webb Space Telescope）的任務目標之一。

如果我們找到的是一種化學成分與我們預期不同的大氣，最簡單的解釋之一就是它正是因生命過程持續産生而存留的。在我們的星球上就是這樣，地球的大氣中含有甲烷（CH4），理論上它會與氧氣自然反應生成二氧化碳，但是由於生物過程的不斷補充，甲烷得以持續存在於大氣中。

另一種看待這個問題的方式是，如果在大約24億年前開始的所謂的大氧化事件（Great Oxygenation Event）中，光閤微生物沒有將二氧化碳轉化為氧氣，氧氣就不會存在。

超越氧氣

這項新研究的作者認為，我們應該開始研究比地球更大的、以氫氣為主要大氣成分的行星，它們可能沒有遊離的氧氣，因為氫氣和氧氣會形成高度易燃的混閤物。

氫分子是所有分子中最輕的，很容易逃逸到太空。一顆岩質行星需要具有足夠強的引力纔能控製住氫大氣層，它得是一個質量大約為地球2～10倍的“超級地球”。氫可能是直接從行星生長的氣體雲中捕獲的，也可能是後來通過鐵和水之間的化學反應釋放齣來的。

以氫氣為主的大氣密度大約隻有像地球這樣以氮氣為主大氣密度的1/14，相應的行星周圍大氣包絡層厚度也因此變成瞭14倍，很容易在光譜數據中被研究人員發現，更顯著的厚度也將提高我們通過光學望遠鏡直接成像來觀察這種大氣的機會。

實驗室中呼吸氫氣的生命

論文作者在實驗室中進行瞭試驗，證明大腸杆菌（我們的腸道中就生活著數十億大腸杆菌）可以在完全沒有任何氧氣的氫氣氣氛下生存和繁殖，他們在各種酵母身上也證明瞭這一點。

這很有意思，但對於生命可以在氫氣氣氛下蓬勃發展這一論點來說，還是九牛一毛。實際上我們已知的是，地殼中的許多微生物都通過代謝氫而生存，甚至還有一種多細胞生物在地中海底部的無氧區度過瞭一生。

Spinoloricus cinziae，一種微小的多細胞生物，它就完全不需要氧氣來維持生命，大小約為50微米。

圖片來源：Danovaro et al., 2010

地球的大氣在一開始時並沒有氧氣，但含有的氫氣量也不可能超過1%。早期地球生命可能不得不通過氫氣與碳反應生成甲烷來進行代謝，而不是像人類那樣通過氧氣與碳反應生成二氧化碳。

生物特徵氣體

不過，這項研究確實取得瞭重要發現。研究人員證明，生活在氫氣氣氛下的大腸杆菌，産生瞭數十種不同的氣體，具有“驚人的多樣性”，其中的許多氣體可以作為氫氣環境中可檢測的“生物特徵”，如二甲基硫醚、羰基硫和異戊二烯。這增加瞭我們識彆係外行星生命跡象的機會，畢竟你必須得知道要尋找的是什麼。

也就是說，使用氫氣的代謝過程效率低於使用氧氣的代謝過程。然而，對天體生物學傢而言，呼吸氫氣的生命已經是一個既定的概念。有感知能力的氫氣呼吸器甚至已經齣現在瞭一些理性的科幻小說中，例如大衛・布林（David Brin）的“提升（Uplift）”係列小說。

這項新研究的作者還指齣，足夠濃度的分子氫可以作為溫室氣體，讓行星錶麵保持足夠溫暖，讓水能以液態形式存留，從而有條件在行星錶麵孕育生命。

作者迴避瞭在像木星這樣的巨型氣體行星中發現生命的可能性，即便如此，通過擴大可居住星球的搜尋範圍，將具有富氫大氣的超級地球包括在內，那麼以發現那些難以捉摸的外星生命跡象為目標的可搜尋天體數量，就會翻上一番。

原文作者：

大衛・羅瑟裏（David Rothery），英國開放大學（The Open University）行星地球科學教授

參考來源：

[1] https://theconversation.com/hydrogen-breathing-aliens-study-suggests-new-approach-to-finding-extraterrestrial-life-137630

[2] Seager, S., Huang, J., Petkowski, J.J.et al.Laboratory studies on the viability of life in H2-dominated exoplanet atmospheres.Nat Astron 4 , 802�C806 (2020).

[3] Danovaro, R., Dell'Anno, A., Pusceddu, A., Gambi, C., Heiner, I. and M bjerg Kristensen, R., 2010. The first metazoa living in permanently anoxic conditions.BMC Biology, 8(1).