行星有显著的差异,它们具有的潜在宜居环境也千差析、矿物学分析、有机质探测等,其主要任务是研究 万别,但是目前对宜居系外行星的基本定义依然是其火星的环境变化、地质过程、大气演化等,评判火星 星球表面的温度、压力等物理环境可以维持液态水存过去或现在支持生命存在的可能性 在的“超级地球8.该标准可以帮助人们从越来越多 陨石是目前最容易获得的地外样品,截止到2019 被发现的系外行星中优先选择最可能具有宜居环境的年9月,国际陨石命名委员会数据库已收录了超过 天体开展深入研究 61000块陨石,超过65%的陨石由美国、日本、中国 欧洲等在南极发现时,其中我国已在南极收集到超过 23地外生命探测 12000块陨石已发现陨石的源区包括月球、火星 随着对地球生命和宜居环境的深入认识以及各种小行星、彗星等,这些陨石为开展太阳系内地外生命 探测技术的进步,人类已经具备搜寻地外生命的能力.探测研究提供了直接研究对象.发现自南极的火星陨 地外生命探测研究的核心科学问题包括:如何区分生石ALH84001无疑是其中最引人关注的.1996年,美国 命和非生命信号、选择何种生物标志物或生命信号学者MKay等人在这块陨石中发现了疑似微生物化 biosignatures来准确指示现在或过去存在过生命,以石以及可能由微生物如趋磁细菌等)活动产生的矿 及如何检测和识别这些生物标志物或信号等.目前用物和有机物.尽管后续研究表明,这些疑似生命活动产 于地外生命探测的生物标志物或生命信号主要包括活生的化石、矿物和有机物都可以通过非生物过程生成 体生命、化石(宏体化石、微化石、遗迹化石等)、生或可能来自地球的污染,但对该陨石的深入研究极大 命过程产生的物质(如甲烷、氧气、磁铁矿等)、生命地推动了后续火星探测计划的实施,也带动了地外样 活动的化学信号(生物大分子、氨基酸的纯手性、同品分析测试技术的进步,促进了天体生物学相关研究 位素分馏、化学不平衡等)、高等生命科技活动产生的跨越发展.我国学者近期在提森特火星陨石中发 的信号(如无线电波、灯光、激光、大气中工业来源现了来源于火星的、具有类似地球生物成因特点的有 污染物、巨型建筑等)等 机碳,可能是火星曾存在过生命的证据人类已成功 在地外生命探测中,常用的方法有遥感探测、原实现了月球样品的取样返回,中国、美国等也已经规 位探测和采样返回/陨石分析等.基于地基和天基望远划了火星取样返回的深空探测任务,可以预见在不久 镜的遥感探测是太阳系内地外生命探测的最主要手段,的将来对返回火星样品的研究将揭开地外生命探测的 更是目前系外行星探测的唯一手段。对于太阳系内星新篇章 体,遥感技术可以在一定程度上实现对云层、地貌甚 至地表流体等探测;但对于系外行星,日前主要集中在 24生命的星际传输 对其行星大气进行遥感分析,包括可见光和红外光 组成地球原始生命体的小分子有机物是形成于地 谱、大气化学不平衡(如同时存在氧气和甲烷)、光合球还是来源于地外,目前尚无定论但可以确定的是在 色素、透射光谱等信号.此外,系外行星上可能存在的宇宙空间中存在很多有机分子,其中一些是地球前生 智能生物产生的信号也是地外生命探测中关注的潜在命化学反应中活跃的分子,如氰化氢、氨、甲醛、甲 生命信号2.2018年美国国会要求NASA规划搜寻地外酸等,它们可以“搭乘”彗星、小行星等在太阳系内或 技术信号( Technosignatures)的相关研究,以更好地寻找星际间传输.一些学者甚至认为地球上的生命可能最 可能存在的高等外星生命时 初也是来源于地外,通过陨石、彗星等在40多亿年前 原位探测是人类发射探测器到目标天体进行原位到达地球,然后逐渐演化成现在的地球生物圈,该假说 分析和探测原位检测手段主要有质谱法、气相色谱称为胚种论( Panspermia).胚种论认为生命的“种子” 法-质谱联用、拉曼光谱、免疫分析技术和荧光光谱在宇宙中已经存在,它们可以在不同天体间传播.如果 等.目前原位地外生命探测任务主要集中在火星,其中胚种论假说成立,那么某个天体能否具有生命将在很 最具代表性的是20世纪70年代的“海盗号”火星表面探大程度上取决于该天体是否具有合适的宜居环境以及 测任务和2011年发射的“好奇号巡视器.“海盜号”专门能否接收到生命“种子”基于此假说,现今地球可能依 设计了3项实验来研究火星表面是否存在生命12.“好然接收许多来自地外的生命.微陨石或星际尘埃到达 奇号”上搭载了多个科学载荷用于环境监测、元素分地球后可以漂浮在临近空间(海平面之上20~100km高 DownloadedtoIp:192.168.0.213On:2019-12-2610:0034http:/engine.scichina.com/dou/10.1360/tb-2019-0396行星有显著的差异, 它们具有的潜在宜居环境也千差 万别, 但是目前对宜居系外行星的基本定义依然是其 星球表面的温度、压力等物理环境可以维持液态水存 在的“超级地球” [81]. 该标准可以帮助人们从越来越多 被发现的系外行星中优先选择最可能具有宜居环境的 天体开展深入研究. 2.3 地外生命探测 随着对地球生命和宜居环境的深入认识以及各种 探测技术的进步, 人类已经具备搜寻地外生命的能力. 地外生命探测研究的核心科学问题包括: 如何区分生 命和非生命信号、选择何种生物标志物或生命信号 (biosignatures)来准确指示现在或过去存在过生命, 以 及如何检测和识别这些生物标志物或信号等. 目前用 于地外生命探测的生物标志物或生命信号主要包括活 体生命、化石(宏体化石、微化石、遗迹化石等)、生 命过程产生的物质(如甲烷、氧气、磁铁矿等)、生命 活动的化学信号(生物大分子、氨基酸的纯手性、同 位素分馏、化学不平衡等)、高等生命科技活动产生 的信号(如无线电波、灯光、激光、大气中工业来源 污染物、巨型建筑等)等. 在地外生命探测中, 常用的方法有遥感探测、原 位探测和采样返回/陨石分析等. 基于地基和天基望远 镜的遥感探测是太阳系内地外生命探测的最主要手段, 更是目前系外行星探测的唯一手段. 对于太阳系内星 体, 遥感技术可以在一定程度上实现对云层、地貌甚 至地表流体等探测; 但对于系外行星, 目前主要集中在 对其行星大气进行遥感分析, 包括可见光和红外光 谱、大气化学不平衡(如同时存在氧气和甲烷)、光合 色素、透射光谱等信号. 此外, 系外行星上可能存在的 智能生物产生的信号也是地外生命探测中关注的潜在 生命信号[82]. 2018年美国国会要求NASA规划搜寻地外 技术信号(Technosignatures)的相关研究, 以更好地寻找 可能存在的高等外星生命[83]. 原位探测是人类发射探测器到目标天体进行原位 分析和探测. 原位检测手段主要有质谱法、气相色谱 法-质谱联用、拉曼光谱、免疫分析技术和荧光光谱 等. 目前原位地外生命探测任务主要集中在火星, 其中 最具代表性的是20世纪70年代的“海盗号”火星表面探 测任务和2011年发射的“好奇号”巡视器. “海盗号”专门 设计了3项实验来研究火星表面是否存在生命[11,12]. “好 奇号”上搭载了多个科学载荷用于环境监测、元素分 析、矿物学分析、有机质探测等, 其主要任务是研究 火星的环境变化、地质过程、大气演化等, 评判火星 过去或现在支持生命存在的可能性[84]. 陨石是目前最容易获得的地外样品, 截止到2019 年9月, 国际陨石命名委员会数据库已收录了超过 61000块陨石, 超过65%的陨石由美国、日本、中国、 欧洲等在南极发现[85], 其中我国已在南极收集到超过 12000块陨石[86]. 已发现陨石的源区包括月球、火星、 小行星、彗星等, 这些陨石为开展太阳系内地外生命 探测研究提供了直接研究对象. 发现自南极的火星陨 石ALH84001无疑是其中最引人关注的. 1996年, 美国 学者McKay等人[15]在这块陨石中发现了疑似微生物化 石以及可能由微生物(如趋磁细菌[59]等)活动产生的矿 物和有机物. 尽管后续研究表明, 这些疑似生命活动产 生的化石、矿物和有机物都可以通过非生物过程生成 或可能来自地球的污染, 但对该陨石的深入研究极大 地推动了后续火星探测计划的实施, 也带动了地外样 品分析测试技术的进步, 促进了天体生物学相关研究 的跨越发展[87]. 我国学者近期在提森特火星陨石中发 现了来源于火星的、具有类似地球生物成因特点的有 机碳, 可能是火星曾存在过生命的证据[88]. 人类已成功 实现了月球样品的取样返回, 中国、美国等也已经规 划了火星取样返回的深空探测任务, 可以预见在不久 的将来对返回火星样品的研究将揭开地外生命探测的 新篇章. 2.4 生命的星际传输 组成地球原始生命体的小分子有机物是形成于地 球还是来源于地外, 目前尚无定论. 但可以确定的是在 宇宙空间中存在很多有机分子, 其中一些是地球前生 命化学反应中活跃的分子, 如氰化氢、氨、甲醛、甲 酸等, 它们可以“搭乘”彗星、小行星等在太阳系内或 星际间传输. 一些学者甚至认为地球上的生命可能最 初也是来源于地外, 通过陨石、彗星等在40多亿年前 到达地球, 然后逐渐演化成现在的地球生物圈, 该假说 称为胚种论(Panspermia)[89]. 胚种论认为生命的“种子” 在宇宙中已经存在, 它们可以在不同天体间传播. 如果 胚种论假说成立, 那么某个天体能否具有生命将在很 大程度上取决于该天体是否具有合适的宜居环境以及 能否接收到生命“种子”. 基于此假说, 现今地球可能依 然接收许多来自地外的生命. 微陨石或星际尘埃到达 地球后可以漂浮在临近空间(海平面之上20~100 km高 评 述 5 Downloaded to IP: 192.168.0.213 On: 2019-12-26 10:00:34 http://engine.scichina.com/doi/10.1360/TB-2019-0396