系外行星上的闪电如何使寻找外星生命变得更加困难

地球上的雷电已经习以为常。但在另一个星球上，雷电又会是怎样的景象呢？我们知道太阳系中的其他星球也会有雷击，例如木星的高空云层或火星的沙尘暴。现在，天文学家正在思考太阳系以外星球上的雷击——以及它对这些星球上生命迹象的影响。

在《天文学和天体物理学》杂志发表的一篇新研究论文中，一组天体生物学家研究了闪电如何改变我们可以在其他星球上寻找的一些生物特征（生命的化学迹象）。总的来说，结果很微妙，就像我们在地球上经历的复杂大气一样。事实证明，闪电可以放大一些生物特征，同时掩盖其他生物特征。这既为寻找外星生命提供了线索，也使我们的观察变得复杂。

闪电在我们看来就像一道明亮的闪光，通常是在暴雨期间出现的，它是由大气中的电流在云层之间或地面放电引起的。它还“影响行星大气的化学性质，包括我们所知的地球大气，”加州大学河滨分校的天体生物学家、合著者爱德华·施维特曼解释说。闪电甚至可能在地球上生命的起源中发挥了作用——天体生物学家认为它可能将一些最终成为我们体内氨基酸的分子聚集在一起。

一颗行星上闪电的多少取决于一系列因素，包括大气中的水量以及大气的温度（或冷度）。如果闪电足够多，可能会显著改变大气中的状况。这对于计划寻找特定化学物质以表明太阳系外行星上存在外星生物的天体生物学家来说尤其重要。

“人们对系外行星大气生物特征所做的许多研究都是非常理论化的，纯粹基于计算模型，”NASA 戈达德天文学家 Nick Wogan 补充道，他没有参与这项新研究。然而，这个研究小组结合了实验室动手实验和计算机模拟，研究了雷击时会产生和影响多少种不同的化学物质。他们发现结果取决于大气类型和雷击量。

天体生物学家正在寻找什么生命迹象？

一些对生物学特别有趣的化学物质是氨、甲烷、臭氧和一氧化二氮。科学家们不知道如何不经过生物过程就制造氨，而一氧化二氮是细菌代谢的常见产物。甲烷是地球上生命非常常见的产物，包括人类燃烧化石燃料和奶牛打嗝时，而臭氧是大气中含有氧气的良好迹象，众所周知，人类需要氧气才能呼吸。如果在遥远的星球上检测到这些化学物质，那么这个世界上可能存在生命，这标志着它成为进一步研究的主要目标。

在这项新研究中，研究小组表明，闪电本身无法产生足够的氨、甲烷或一氧化二氮，这使得这些化学物质成为更可靠的生命迹象。他们还表明，闪电无法产生一氧化碳——有时被称为反生物特征，因为它的存在意味着生命可能不存在——这意味着我们不会因为一个有人居住的星球上有闪电就认为它已经死了，充满了一氧化碳。

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然而，闪电可能会使发现臭氧变得更加困难。也就是说，一颗闪电数量只比地球多几倍的行星，其臭氧特征可能会被闪电的影响所掩盖。

我们什么时候才能看到这些迹象？

实际上，观察类似地球的岩石系外行星上的化学反应和闪电仍然是未来的目标，而我们还没有真正做到。“我们还没有确定像地球这样的温带岩石行星上是否存在大气层，尽管到目前为止，很少有行星被研究过，”施维特曼解释说。到目前为止，我们研究过的大多数岩石行星都离恒星很近，以至于它们的大气层已经消失，被太阳的强烈辐射烧毁了。

然而，天文学家在观测真正类似地球的行星方面取得了切实进展。宜居世界观测站计划于 2040 年代发射，旨在寻找生物特征。沃根补充说，了解大气及其诸多因素（包括闪电）的研究“将成为未来望远镜开始在地球大小的系外行星上寻找生物特征气体的关键”。

“总体而言，闪电对生物特征的影响似乎不必太担心，”斯图加特大学天文学家、主要作者帕特里克·巴斯 (Patrick Barth) 表示。他补充说，闪电只是“观察系外行星时必须考虑的另一条信息”。

更新时间：03/11/24 上午 8:55：在以“在新的研究中，研究小组表明闪电…”开头的句子中，添加了缺失的单词“足够”。