在地球上「找到」氮氣，如何幫助我們尋找外星生命？-鳳凰新聞

06-06

科學家又是通過模型模擬，又是利用探測器實際觀測，終於在遙遠的距離以外檢測到了地球大氣中氮氣的存在。看似「多此一舉」的這項研究，未來或許能夠幫助天文學家判斷遙遠的太陽系外行星上，是否存在類似地球這樣適宜我們生存的環境。圖片來源：NASA

美國航空航天局（NASA）的一個探測器，在2700萬千米以外對地球大氣中氮氣所作的觀測，給天文學家提供了全新的線索，暗示我們或許能夠在遙遠的太陽系外行星上分辨出氮氣，這種能力有助於在宇宙中尋找外星生命。

在一顆太陽系外行星的大氣中找到並測量出氮氣，對於確定那顆行星是否宜居，有可能至關重要。這是因為，氮氣能夠給行星表面的大氣壓提供線索。如果一顆行星的大氣中富含氮氣，那就幾乎可以肯定，這顆行星表面的大氣壓適合讓液態水穩定存在於星球的表面。液態水是已知生命的必要條件之一。

假如生命真的存在於某顆太陽系外行星上，檢測到氮氣以及氧氣，還能幫助天文學家驗證氮氣的生物起源，因為氮氣的存在能夠排除某些無需生命活動就能產生出氧氣的途徑。

問題在於，氮氣是一種很難從遠處就能發現的氣體。科學家經常把氮氣稱為「看不見的氣體」，因為它很少在可見光或者紅外線波段留下屬於自己的印跡，讓人們很難通過光譜分析檢測到它。檢測遙遠行星大氣層中氮氣的最好辦法，就是測量氮氣分子彼此之間的碰撞。這些碰撞會在極短的時間內，讓兩個氮分子碰在一起形成氮分子對，會在光譜中留下獨特且能夠分辨的印記。

美國華盛頓大學的天文學博士生愛德華·施韋特曼（Edward Schwieterman）、天文學教授維多利亞·梅多斯（Victoria Meadows），以及他們的合作者證明，只要有了合適的設備，未來的大型望遠鏡就能夠在地球一樣由岩石構成的外星行星的大氣中，檢測到氮分子對留下的這種獨特的印跡。

這些科學家利用華盛頓大學虛擬行星實驗室的三維行星建模數據，模擬了地球大氣層中氮分子碰撞可能會留下怎樣的光譜印跡，並將模擬數據與2005年發射升空的NASA深度撞擊（Deep Impact）飛掠探測器對地球的真實觀測數據進行了比對。

深度撞擊探測器的首要任務，是在2005年7月4日對坦普爾1號彗星（Temple 1）的彗核進行撞擊，並近距離觀察撞擊的全過程。首要任務完成後，飛掠探測器發揮餘熱繼續執行了被稱為EPOXI的擴展任務，其中一項目標就是，將地球當成是一顆太陽系外行星，展開觀測並測定地球的各項性質。

2005年7月4日，深度撞擊號探測器投放的「彈頭」準確命中坦普爾1號彗星的彗核，完成了對彗星的深度撞擊。完成這一主要任務之後，探測器執行了被稱為EPOXI的擴展任務，其中一項目標是，把地球當成一顆太陽系外行星，展開觀測並測定地球的各項性質。圖片來源：NASA

科學家把EPOXI任務觀測得到的真實數據，與虛擬行星實驗室的模擬數據進行了比較，發現他們能夠確認地球大氣中由於氮分子碰撞而產生的光譜印記，由此證明氮氣也可以在遙遠的距離上被觀測到。

「虛擬行星實驗室有這樣一個理念，在把一個想法推廣用來研究太陽系外類似地球的行星之前，你必須先驗證它是可行的。」施韋特曼說，「正因為如此，把地球當成一顆太陽系外行星來研究才如此重要。我們能夠驗證，在一個遙遠的探測器眼中，氮氣可以在我們這顆行星的光譜里留下看得見的印記。這告訴我們，去其他地方尋找氮氣是值得的。」

證明了確實可行之後，這些科學家利用虛擬行星實驗室的模型，模擬了大氣中包含不同數量氮氣的太陽系外行星遠遠看去時會是什麼模樣。

這些科學家在論文中寫道，檢測到氮氣的存在，將幫助天文學家測定潛在宜居行星的大氣性質，並判斷那裡的氧氣由非生命過程產生的可能性。

施韋特曼說，「我們這項研究得出了一個有趣的結論，那就是——基本上，只要有足夠的氮氣讓你能夠檢測到它，差不多就已經證明，在表面溫度一個非常大的變動範圍之內，那裡的地表氣壓都足以維持液態水的存在。」

這項研究由NASA天體生物研究所資助，論文於近期發表在《天體物理學報》（The Astrophysical Journal）上。（編輯：Steed）

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