【博科园-科学科普（关注“博科园”看更多）】1992年1月9日天文学家宣布了一项重大发现：两颗行星围绕着一颗距太阳2300光年的脉冲星运行。这两颗行星后来被命名为Poltergeist和Draugr，是第一个被证实的“系外行星”——太阳系外的行星，围绕着一颗遥远的恒星运行。科学家们现在知道2794个恒星系统有3728个系外行星，每一个都有一个问题：有其他生命吗？波士顿大学的天文学教授Michael Mendillo问道：我们还能问什么更重要的问题呢？我不知道科学上还有什么更吸引人的问题。几十年来，天文学家一直在寻找这些遥远的系外行星寻找生命的迹象，主要是寻找最基本的分子——水。但是Mendillo和他的同事们有不同的想法。
对外星生命的搜寻主要集中在开普勒-186f等系外行星上，这里显示的是在“宜居带”中存在水的m级恒星。但是“并非所有的可居住区域都是平等的，他指出一些系外行星危险地靠近它们的恒星，使它们暴露在危险的辐射中，这可能会阻止我们所知的生命，地球的宜居地带有一点好客。图片版权：NASA Ames/SETI Institute/JPL-Caltech
在2018年2月12日发表在《自然天文学》杂志上的一篇论文中，来自天文学的保罗·威瑟斯(Paul Withers)和博士候选人保罗·达尔巴(GRS’18)在《自然天文学》杂志上发表了一篇论文，他建议研究一颗系外行星的电离层，这是一层最薄的大气层，它正在用带电荷的粒子快速旋转。找到一个像地球一样充满了单氧原子的，或许就找到了生命，或者至少我们所知道的生命就是这样。波士顿大学天文学教授、空间物理中心主任约翰·克拉克说：在人类文明的历史上从来没有到达过这个点——直到最近的15年，在那里我们可以看到其他恒星周围的行星。现在正处在探索地球以外生命的阶段，这是我们的一次伟大的智力冒险。
他们的工作开始于Mendillo和Withers获得国家科学基金会(NSF)的资助，以比较太阳系中所有行星的ionospheres。(除了水星，所有的行星都有它们，因为水星离太阳很近，所以它的大气层完全被剥离了。)同时，该团队还在与美国宇航局的MAVEN任务进行合作，试图了解构成火星电离层的分子是如何逃出这个星球的。从太空时代的早期开始，科学家们就已经知道行星的电离层有很大的差别，BU小组开始关注为什么会这样，为什么地球会如此不同。当其他行星把它们的离子球填满由二氧化碳或氢气引起的复杂带电分子时，地球保持简单，大部分氧气充满了空间。它是一种特定类型的氧单原子带正电荷。
我们太阳系的大多数行星在其较低的大气层中都有一些氧气，但地球有更多，大约21%。这是因为在过去的38亿年里，许多生物都在忙着将光、水和二氧化碳转化为糖和氧(即光合作用的过程)。摧毁地球上所有的植物，大气中的氧气将在几千年的时间里消失殆尽。所有这些由植物释放出来的氧气并不仅仅停留在地球表面。对大多数人来说，呼吸的氧气，并不是活跃的分子。然而对化学家来说，氧气是一种野性的、令人兴奋的、危险的野兽。它不会静止不动，它与几乎所有能找到的分子发生化学反应，而且反应非常迅速。在今天的地球上，过量的氧气分子，以O2的形式，向上漂浮。当O2在地球表面超过150千米的时候，紫外线会把它一分为二。单个氧原子漂浮得更高，进入电离层，在那里，更多的紫外线和x射线从它们的外壳中剥离电子，让带电的氧气在空气中流动。地球表面的O2的丰度与其他行星不同，在天空中产生了大量的O+。
在阿波罗16号任务期间，从月球发射的10分钟的红外线。明亮的黄色是来自原子氧(O)的“昼光”，在阴暗面上，从电离层的原子氧离子(O+)中产生的“夜光”带可以在赤道附近看到。图片版权：NASA
Mendillo说，这一发现表明，寻找外星生命的科学家可能会缩小他们的搜索范围。保罗·达尔巴(Paul Dalba)正在研究太阳系外行星的大气层，他与BU助理教授Philip Muirhead合作，加入了研究小组。“达尔巴对恒星系外行星系统的认识真的很有帮助。目前大多数科学家都在关注m级恒星——银河系中最丰富的恒星——以及在“宜居带”中环绕它们的行星，那里可能存在水。这是有道理的因为我们知道生命需要水。但是科学家们不知道一个星球到底需要多少水来维持生命。如果我们只有地中海那就够了吗？我们是否需要太平洋，而不是大西洋？如果你看电离层，不需要知道这个数字。只需要知道，如果最大的电子密度与氧离子有关，那么你就把它钉住了——你有一个行星，那里有光合作用和生命。
当然，这假设“生命”至少有点类似地球上的生命，它不仅需要水和氧气，而且还需要一定的温度范围，可能是磁场，以及其他因素，这是一个很好的起点，但在我们的内心深处都意识到，也许没有考虑过的生活可能会让我们感到惊讶。还有一个问题，至少目前是这样的：科学家们还没有探测到任何外行星上的电离层的工具。如果你看看接下来可能出现的太空望远镜，就会有很多可能。我认为在未来十年里，我们将有技术来做这个实验。Mendillo希望他的团队的工作能够为这一领域的进一步研究、开发和探索提供支持。仅仅把电离层用作签名是一个吸引人的想法。还没有观测能力但我很乐观，我们将此作为一个挑战。
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参考：Nature Astronomy
内容：经“博科园”判定符合今主流科学
来自：波士顿大学
编译：中子星
审校：博科园
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