我2020年，科学家在一颗地球大小的岩石行星的大气层中检测到一种叫做磷化氢的气体。由于知道除了通过生物过程之外，磷化氢是不可能产生的，“科学家们断言，现在还活着的东西是对这种化学物质来源的唯一解释，”这个 《纽约时报》报告。随着“生物信号气体”的发展，磷化氢看起来就像一支本垒打。
直到它不是。
这颗行星是金星，关于金星天空中可能存在生物特征的说法仍然存在争议，甚至几年后也是如此。科学家们还不能就磷化氢是否存在达成一致，更不用说它是否是我们这颗孪生行星上外星生物圈的有力证据了。
对金星来说困难重重的事情，对许多光年外的系外行星来说只会更加困难。
美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）于2021年发射升空，它已经发回了一颗名为K2-18b的中型系外行星的大气成分数据，一些人将其作为可能的生命证据进行了对比分析。但即使生物信号检测的希望高涨，一些科学家也开始公开质疑，系外行星大气层中的气体是否会成为外星人可信的证据。
最近的一系列论文探讨了系外行星生物信号检测中令人畏惧的不确定性。他们确定的一个关键挑战是科学哲学家彼得·维克斯达勒姆大学称未设想的替代方案问题简单地说，科学家们如何确定他们已经排除了对气体存在的所有可能的非生物解释，尤其是在系外行星的地质和化学几乎与外星生命一样神秘的情况下？
维克斯说：“新的想法一直在探索中，对于这种现象，可能存在一些尚未设想的非生物机制。”。“这就是天体生物学中无法想象的替代方案的问题。”
天文学家说：“房间里有点象。”丹尼尔·安格豪森瑞士苏黎世联邦理工学院（Swiss Federal Institute of Technology Zurich）的首席执行官，他是LIFE任务的项目科学家，该任务是一台拟议的太空望远镜，将在类地系外行星上搜索生物特征气体。
如果或当科学家在遥远的行星上检测到假定的生物信号气体时，他们可以使用一个称为贝叶斯定理的公式，基于三种概率计算那里存在生命的可能性。其中两个与生物学有关。第一个是在已知的其他情况下，该行星上出现生命的可能性。第二个是如果存在生命，它将产生我们观察到的生物特征的可能性。根据天体生物学家的说法，这两个因素都有很大的不确定性马希斯亚利桑那州立大学和哈里森·史密斯东京理工大学地球生命科学研究所的研究人员纸张去年秋天。
图片来源：Samuel Velasco/Quanta Magazine第三个因素是一颗没有生命的行星产生观测信号的可能性，研究人员现在意识到，这也是一个同样严重的挑战，它与未被想象的非生物替代品问题纠结在一起。
维克斯说：“这就是我们认为你不能负责任地填补空缺的可能性。”。“几乎可以从0到1不等。”
以K2-18b为例，它是一个“迷你九点星”，大小介于地球和海王星之间。2023年，JWST数据显示其大气中二甲基硫醚（DMS）的统计微弱迹象。在地球上，DMS是由海洋生物产生的。研究人员在K2-18 b上初步检测到解释说，在其天空中发现的其他气体意味着该行星是一个“水世界”，拥有可居住的表层海洋，支持他们的理论，即那里的DMS来自海洋生物。但其他科学家将同样的观察解释为更像海王星的不适宜居住的气态行星组成的证据。
未知的替代方案已经迫使天体生物学家多次修改他们关于什么是好的生物签名的想法。当磷化氢在金星上发现，科学家们不知道在一个没有生命的岩石世界中如何产生这种物质。从那以后，他们确定了几个可行的非生物气体来源一种情况是，火山释放出一种名为磷化物的化合物，磷化物可以与金星大气中的二氧化硫反应形成磷化氢——鉴于科学家已经在我们的双子行星上发现了活跃火山活动的证据，这是一种合理的解释。同样，氧气一直被认为是生物信号气体，直到2010年，包括美国宇航局天体生物学研究所虚拟行星实验室的维多利亚·梅多斯在内的研究人员开始 要查找 方式岩石行星可以积累氧气没有生物圈。例如氧气可以形成二氧化硫在金星和欧罗巴等不同的星球上大量存在。
今天，天体生物学家基本上放弃了单一气体可能是生物信号的想法。相反，他们专注于识别“集合”，即没有生命就无法共存的气体集合。如果说有什么可以称为今天的金标准生物签名的话，那就是氧气和甲烷的混合物。甲烷在富氧大气中迅速降解。在地球上，这两种气体只有在生物圈不断补充的情况下才能共存。
到目前为止，科学家还没有对氧甲烷的生物特征提出非生物解释。但维克斯、史密斯和马蒂斯怀疑这对特殊的气体或任何混合气体是否会令人信服。史密斯说：“我们无法确定我们所看到的东西实际上是生命的结果，而不是某种未知的地球化学过程的结果。”。
马蒂斯说：“JWST不是一个生命探测器。它是一个望远镜，可以告诉我们行星大气层中有什么气体。”。
莎拉·拉盖默约克大学（York University）研究系外行星大气的天体生物学家，则更加乐观。她正在积极研究对氧和甲烷等生物信号的替代非生物解释。不过，她说，“如果我们看到氧气、甲烷、水和一氧化碳，我会打开一瓶非常昂贵的香槟。”2“在系外行星上。
当然，私下里为一个激动人心的结果倒酒与告诉世界他们发现了外星人是不同的。
Rugheimer和其他研究人员广达（Quanta）对于这个故事，他们想知道如何最好地在公众面前谈论生物信号的不确定性，他们也想知道关于给定检测的天体生物学观点的波动如何会破坏公众对科学的信任。并非只有他们担心。随着金星磷化氢事件在2021年达到高潮，美国国家航空航天局（NASA）管理人员和科学家恳求天体生物学界为生物信号检测的确定性制定严格的标准。2022年数百名天体生物学家聚集在一起对于一个虚拟研讨会来说，尽管还没有正式的生物签名标准，甚至没有定义，但仍然可以讨论这个问题。“现在，我很高兴我们大家都同意，首先，这有点问题，”安格豪森说。
Vickers表示，尽管存在不确定性，但研究仍在继续。对于像天体生物学这样一个刚刚起步的领域来说，陷入死胡同并不得不回溯是很自然的。史密斯说：“人们应该试着更好地理解科学是如何整体运作的。”。史密斯和维克斯表示，“可以更新我们所知道的信息。”而大胆宣称生物信号有一种方法，就是在科学家面前点燃一把火来伪造它们。
巴德学院的天体化学家克拉拉·苏萨·西尔瓦（Clara Sousa-Silva）是帮助探测金星的磷化氢专家，她说：“我们仍然不知道金星上到底发生了什么，所以当然感觉很绝望。”。对她来说，下一步很清楚：“让我们再想想金星。”几十年来，天文学家几乎忽视了金星。生物签名争议引发了新的努力，不仅是为了发现之前未被考虑的磷化氢的非生物来源，还为了更好地了解我们的姐妹星球本身。（至少五次前往金星的任务计划在未来几十年内完成。）“我认为这也是外行星的希望之源。”
这篇文章是最初出版的在上 量子抽象博客。
主图片：Vico Santos为Quanta Magazine拍摄
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Elise Cutts是那些认识到写科学比自己写更有趣的前研究员之一。她以前是一名地球生物学家，现在在奥地利格拉茨的家中撰写关于欧洲及其他地区的物理、地球科学和空间研究的文章。
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