生命信号？JWST在遥远行星大气中发现关键生物特征
人类探索地外生命的努力迎来重要时刻。根据2025年4月17日发表于《天体物理学杂志通讯》的研究报告，一支由剑桥大学尼库·马杜苏丹博士（Dr. Nikku Madhusudhan）领导的团队，利用先进的中红外探测技术对系外行星K2-18 b进行了观测，并首次捕捉到了与地球生命相关的分子存在信号。这一发现或将改写我们对宇宙生命的认知，也让我们离“我们是否孤独”这个古老问题的答案更近一步。
可能改变一切的观测
行星 K2-18 b，这颗位于狮子座、距离我们约124光年的“天外来客”，正成为天文学家瞩目的焦点。它的个头很特别，质量约为地球的8.6倍，半径则是地球的2.6倍，恰好处于“超级地球”与“迷你海王星”这两类行星的界限之间。更引人遐想的是，韦伯太空望远镜（JWST）此前已通过近红外波段探测到其大气中存在甲烷（CH₄）和二氧化碳（CO₂）等含碳分子。基于这些发现，K2-18 b被视为“Hycean世界”（指在富氢大气层下覆盖着全球性液态水海洋的宜居行星）的潜力候选者。
如今，借助韦伯望远镜搭载的中红外仪器（MIRI），科学家们首次得以在更长的波段（约6至12微米）“看清”K2-18 b。这些全新的观测数据显示出独特的光谱特征，而这些特征似乎与二甲基硫醚（DMS）和/或二甲基二硫（DMDS）的存在高度吻合。这一发现非同小可，因为这两种化合物在地球上被视为强有力的潜在“生物信号” – 它们几乎完全由生命体，特别是海洋中的浮游植物等微生物，代谢产生并释放到大气中。
“这是一条完全独立的证据链，” 该研究的主要作者、英国剑桥大学的马杜苏丹博士解释说，“我们使用了与之前不同的观测仪器和光波波段，两者的数据没有任何重叠。而且，这次我们探测到的（DMS/DMDS）信号非常清晰和强烈。”
统计显著性：离“确认发现”还有多远？
目前，这些新发现的统计置信度已经达到了“3西格玛”（3σ）的水平。用更通俗的话来讲，这意味着观测到的信号纯粹由随机波动（也就是巧合）产生的可能性仅有大约 0.3%。这本身已经是一个相当有力的证据。
然而，在天体物理学等前沿领域，科学家们通常遵循一个更为严苛的标准：只有当置信度达到“5西格玛”（5σ），即信号纯属巧合的可能性低于千万分之六（<0.00006%），他们才会正式宣布一项“确凿无疑”的（definitive）发现。因此，尽管 K2 18 b上的信号令人振奋，但从统计学角度看，距离最终确认还有一步之遥。
研究结果的稳定性给团队带来了信心。正如合著者、来自巴尔的摩太空望远镜科学研究所的曼斯·霍姆伯格（Måns Holmberg）所指出：“看到这些结果不断涌现，并且在多轮广泛的独立分析和稳健性测试中都保持一致，这实在是一个令人难以置信的过程。”
研究团队对此保持着科学的严谨与乐观。他们相信，如果能利用韦伯太空望远镜（JWST）再进行额外的16到24小时观测，就有望收集到足够的数据，将这一发现的统计显著性提升到“5西格玛”的黄金标准，从而最终确认这些潜在生物信号的存在。
异常高浓度：机遇还是未知挑战？
本次发现中最令人瞩目的一点，便是这些潜在生物信号分子的惊人浓度。要知道，在地球大气中，二甲基硫醚（DMS）和二甲基二硫（DMDS）的含量极其微少，通常低于十亿分之几（ppb）的水平。然而，在遥远的K2 18 b行星上，它们的丰度竟似乎高出数千倍之多，检测到的浓度超过了百万分之十（ppm）。
如此高的浓度并非毫无预兆。马杜苏丹博士提到：“早期的理论研究其实已经预测到，在类似K2 18 b这样的‘Hycean 世界’（富氢海洋行星）上，完全可能存在高浓度的硫基气体，比如DMS和DMDS。” 他接着说：“而现在，我们的观测结果恰好与理论预测相符。综合我们对这颗行星的所有了解来看，一个拥有富饶生命海洋的Hycean世界，是目前最能解释我们现有数据的情景。”
尽管这一图景令人心潮澎湃，马杜苏丹博士仍特别强调了保持科学谨慎态度的重要性。他指出，不能完全排除K2 18b上存在着某种我们目前尚未知晓的特殊化学过程，从而通过非生物途径（即不依赖生命活动）产生了如此高浓度的 DMS和DMDS。为此，他的研究团队正积极规划后续的理论计算和实验模拟，旨在深入探究在K2 18 b的环境下，这两种气体通过非生物方式达到当前所观测浓度水平的可能性。
确认之路：挑战与科学精神
尽管K2 18 b上的发现令人无比兴奋，但科学界对此始终保持着必要的审慎。要最终确认这些潜在的生物信号，并非坦途，科学家们至少面临两大关键挑战：
首先，从技术层面看，DMS与DMDS这两种分子的光谱特征在中红外波段存在显著的重叠区域，这使得想要精确地将它们区分开来变得异常困难。
其次，从基本原理来看，虽然DMS和DMDS在地球上被公认为是可靠的生物标志物（主要由生命活动产生），但谁也无法完全排除在K2 18 b那样独特的、我们尚不了解的外星环境中，存在某种未知的非生物化学过程也能产生这些气体的可能性。
研究团队对此有着清醒的认识。“这些潜在生物标志分子的推断，无疑向我们提出了更深层次的问题：它们究竟是通过何种过程产生的？” 来自英国加的夫大学（Cardiff University）的合著者苏巴吉特·萨卡尔（Subhajit Sarkar）谈到。剑桥大学天文学研究所（Cambridge’s Institute of Astronomy）的合著者萨瓦斯·康斯坦丁努（Savvas Constantinou）也补充说：“我们目前的工作，仅仅是后续所有必需研究的开端，未来的探索将致力于确认这些信号，并深入理解其背后的含义。”
首席科学家马杜苏丹博士最后着重强调了科学探索中自我批判精神的重要性：“我们必须对自己的研究结果保持高度的怀疑态度，” 他说，“因为只有通过一次又一次的反复验证和严格测试，我们才能最终建立起对结论的真正信心。这，就是科学研究必须遵循的方式。”
超越单一世界：开启探索新纪元
这项跨越124光年的发现或将彻底重塑我们对宇宙生命的认知。若詹姆斯·韦伯太空望远镜所捕捉的这些分子特征最终得到科学界确认，”富氢海洋行星”理论将迎来决定性支持，使我们重新思考传统宜居带的定义。这类星球环境或许比我们曾经想象的更为普遍，意味着观测范围内可能蕴含生命的天体数量将大幅增加。K2 18 b不仅是一个遥远世界的故事，更是人类探索宇宙终极问题的重要里程碑，在浩瀚星空中，我们或许并不孤独。
尽管宣称”确凿发现”目前为时尚早，但马杜苏丹博士指出，借助韦伯太空望远镜（JWST）这样强大的观测工具以及未来更多先进的望远镜项目，人类正以前所未有的步伐，一步步接近那个终极问题的答案：我们在浩瀚的宇宙中，是孤独的存在吗？
“数十年之后，当我们回望此刻，” 马杜苏丹博士不无感慨地反思道，”我们或许会认识到，这正是’生命宇宙’从遥不可及的想象，变得触手可及的关键时刻。” 他补充说：”这很可能是一个重要的转折点。从此刻起，’我们是否孤独’这个困扰人类已久的根本性问题，或许将真正变成我们有能力去探寻并回答的问题。”
詹姆斯·韦伯太空望远镜是由美国国家航空航天局（NASA）、欧洲空间局（ESA）与加拿大航天局（CSA）共同合作运行的项目。本项研究得到了英国研究与创新署（UKRI）”前沿研究基金”（Frontier Research Grant）的资助。