距离地球约124光年的太阳系外行星“K2-18b”被推测拥有适合生命存在的环境，是目前在地外生命探索中备受关注的行星之一。假如K2-18b上存在生命，那么与生命活动相关的化学分子——“生物签名”可能会出现在该行星的大气中。
通过温室气体发现地外文明？目前的技术可能是可行的
剑桥大学的Nikku Madhusudhan等研究团队，基于“詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）”的观测结果，宣布发现K2-18b的大气中可能含有“二甲基硫化物（DMS）”和“二甲基二硫化物（DMDS）”分子中的一个或两个。DMS和DMDS是已知与生命活动相关的典型生物签名分子。这篇论文于2025年4月17日发表在《天体物理学杂志快报》上。K2-18b中DMS的检测在之前的研究中也曾被提出，但此次发现使用了不同的观测数据，研究团队表示结果比以往的研究更具确凿性。
尽管这项研究结果无疑是一个极其有趣的发现，但必须注意的是，仅凭此研究结果，我们还不能称之为“发现地外生命或其迹象”。因为这项研究结果仍有可能被推翻，且目前并未证明这些发现的分子确实是由生命活动产生的。而且，目前还没有发现与生命相关的其他证据。在考虑K2-18b是否存在生命时，至少现在我们应该保持怀疑和谨慎的态度。
如何在遥远的天体上寻找生命的迹象？
如果行星背后有恒星，恒星的光将穿过行星的大气层。一些分子会吸收特定波长的光，因此如果我们分析光的波长成分，可以看到某些波长变暗。在这幅图中，展示了大气中含有水、一氧化碳、二氧化碳等分子的情况。
目前已经发现约6000颗太阳系外行星，其中一些被推测拥有与地球相似的环境。考虑到如此多的行星，也许其中某颗行星上确实存在独特的生命。要证明这一点，最直接的方法是亲自访问这些行星，但显然目前这不可能实现。
然而，我们有一种方法可以在地球上寻找遥远行星的生命迹象。那就是观测穿过行星大气的光线，分析大气成分。当我们从地球观察时，如果观察到的行星背后有恒星，恒星的光会通过行星的大气并最终传送到我们这里。分子会吸收特定波长的光，因此，如果我们研究吸收的光谱，就能看到某些波长的光比其他波长变暗。如果某一波长变暗的程度很强，意味着该波长所对应的分子在大气中的浓度较高。由于每种分子吸收光谱的波长已经被研究过，科学家可以通过分析吸收的波长来反推这些分子。
在使用这种方法寻找生命迹象时，研究者会关注“生物签名”。如果某颗行星上有生命，生命活动会合成多种分子，其中有些分子仅由生命活动产生，或者在没有生命活动的情况下，产生这些分子的数量很难解释。这些分子就是生物签名。
目前我们只知道地球上的生命，因此在这项研究中关注的生物签名是地球生命所产生的分子。当然，宇宙中可能存在与地球生命完全不同的生命形式，但由于“生命的定义”尚未确定，如果考虑这一点，讨论将变得非常复杂。因此，在地外生命的研究中，除非有特别的说明，否则通常会假定所有研究都以地球生命为基础来进行。
可能存在生命的行星“K2-18b”
在近年来的太阳系外行星候选中，备受关注的一个是2015年发现的行星“K2-18b”。K2-18b位于地球视角下的“狮子座”方向，距离地球约124光年，预计其直径为地球的约2.7倍，质量约为地球的8.6倍，大小介于地球和海王星之间。此外，K2-18b距离恒星的距离刚好处于适宜的范围内，属于“宜居带”行星，表面可能保持液态水。
过去的观测结果表明，K2-18b上可能存在生命的可能性。2019年，通过“哈勃太空望远镜”的观测数据分析，首次发现了位于宜居带内的行星大气中有水蒸气。
2023年9月，分析了“詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）”的两个观测装置——近红外成像和无缝光谱仪（NIRISS）以及近红外光谱仪（NIRSpec）——的观测数据。此次研究的主要作者是与本研究相关的研究者Nikku Madhusudhan。研究显示，K2-18b的大气中含有丰富的甲烷和二氧化碳，而未发现氨气，因此推测K2-18b可能具有类似“海洋行星”（Hycean planet）的特征，表面拥有厚重的大气层，其中可能藏有广阔的海洋。如果K2-18b确实是海洋行星，那么其海洋的面积和体积都将远远超过地球。
此外，这项研究因提到大气中可能含有“二甲基硫化物（DMS）”而引起了广泛关注。该有机硫化物在地球上几乎只由生命活动产生。多种生物，尤其是海洋中的植物浮游生物，会大量合成DMS，这也是我们在海边常闻到的海味的来源。DMS在地球大气中非常不稳定，通常在一天内就会分解，因此，如果要在大气中检测到DMS，就必须有持续的供应源。如果没有其他非生命活动的供给来源，可以假设在地球以外的行星上发现的DMS来源可能与生命活动有关。
不过，2023年9月的研究中提到，DMS存在的信号较弱，因此研究者本人并没有确认其存在，并提醒这项发现仅为初步结果。尽管詹姆斯·韦伯太空望远镜的性能非常高，但由于观测时间较短，也有观点认为这项发现可能只是虚幻的。实际上，在2024年5月发布的模拟研究中假设，要通过韦伯望远镜从K2-18b的大气中发现DMS，至少需要比地球浓度高20倍以上的DMS。究竟K2-18b海洋中的生命是否比地球上的多几十倍，或其生命是否能合成大量的DMS，抑或是K2-18b的环境下DMS或DMDS不容易分解，目前尚不清楚，但无论如何，都需要假设极端的条件。
独立证据发现可能的生物标志分子！
本研究中使用的观测设备为詹姆斯·韦布宇宙望远镜的中红外观测仪器“MIRI”。
剑桥大学的Nikku Madhusudhan教授等研究团队分析了2024年4月下旬通过韦布宇宙望远镜的中红外观测仪器“MIRI”获取的大约6小时的观测数据。与2023年9月发布的研究中使用的NIRISS和NIRSpec（覆盖0.8～5µm的近红外区域）不同，MIRI覆盖的是5.8～12µm的中红外区域。通过在不同波长区域进行观测和分析，研究团队希望获得与2023年9月研究独立的观测证据。
在此次分析中，团队考虑了20种分子的存在。分析结果显示，在K2-18b的环境中，可能作为生物标志物的4种分子中，DMS和DMDS两种分子可能存在于大气中。（注：2023年9月的研究中也提到过DMS。）
注：此次分析中，DMS、DMDS、甲硫醇和一氧化二氮被认为是生物标志物的候选分子，但甲硫醇和一氧化二氮未能被检测到。
Madhusudhan教授等人认为，如果假设大气中不包含DMS和DMDS两种分子，那么解释此次获得的数据将非常困难。另一方面，尽管这次的观测数据和分析方法无法区分大气中是同时含有DMS和DMDS，还是仅含有其中一种分子，但研究团队最终得出结论：K2-18b的大气中可能包含DMS、DMDS，或者两者都有。根据Madhusudhan教授等人的分析结果，这一结论具有3σ的显著性水平，即发生这种结果的可能性仅为0.3%。
此外，K2-18b的大气中DMS和DMDS的浓度约为体积的0.001%以上（10ppmv）。这个浓度是地球大气的数千倍，相当于K2-18b的大气将散发出类似腐烂卷心菜或大蒜的强烈恶臭，而非海洋的气味。
如果Madhusudhan教授等人的结论正确，那么这将是2023年9月研究之外的独立发现，标志着新生物标志物的发现，必定会引起广泛关注。
“不能说已经发现生命或其迹象”
MIRI的观测结果所呈现的图表。图中的黄色点带有竖线表示实际观测值，水蓝色粗线代表基于模型的光谱数据，白色横线则表示显示DMS和DMDS的光谱数据的区域。
然而，在解读此次研究结果时需要注意的是，仅凭这一次的证据，不能说已经“在K2-18b上发现了独特的生命或其迹象”。
确实，剑桥大学的新闻稿标题为“Strongest hints yet of biological activity outside the solar system（太阳系外生物活动的最强烈迹象）”，但这里提到的“最强烈迹象”是相对于过去的观测证据而言的，并非在绝对证据的确凿性上作出主张。实际上，2023年9月的研究发表时，NASA并没有发布新闻稿。而且，NASA对《华盛顿邮报》的声明中，可以看出它对“生命的发现”或“真正的生物标志”的猜测保持距离。那么，是什么使这次研究结果成为一个较弱的证据呢？
首先，正如前面提到的，这次的分析结果显示了3σ的显著性，即偶然的可能性为0.3%。乍一看，这似乎足够有力，但实际上仅满足了科学发现所需的最低标准。要更强烈地支持这项发现，必须达到被认为是黄金标准的5σ显著性，这意味着结果偶然的可能性必须低于0.00006%。仅凭此次观测数据，无法满足这一标准。
此外，用数字来表示分析结果的确定性虽然是一种清晰的表达方式，但如果不加以注意，可能会引起误解。像这类研究结果，需要基于各种假设进行分析。如果假设或分析方法有误，或者偶然出现了与DMS或DMDS具有相似光谱数据的“长得像”的分子组合，那么无论确定性多高，也不能排除DMS或DMDS根本不存在的可能性。因此，判断这次分析结果的方法是否合适，仍然需要第三方的验证。
即使K2-18b的大气中确实含有DMS或DMDS，也不能立即将其与K2-18b独特的生命联系在一起。确实，在地球上，DMS和DMDS几乎只由生命活动生成，但在环境大不相同的其他天体中，非生命活动也可能生成这些物质。自2023年9月的研究发布以来，科学家们已经探讨了是否不存在与生命活动无关的DMS合成路径。结果发现，在宇宙空间的星际物质中以及丘留莫夫-赫拉西门科彗星的大气中也检测到了DMS。此外，实验室中模拟的行星大气中，也确认紫外线作用下可以合成DMS等有机硫化合物。
不过，K2-18b的DMS和DMDS浓度确实是极高的，达到了地球大气的数千倍。Madhusudhan等人认为，彗星和星际物质的供给，或紫外线作用下的生成，无法解释如此高的浓度。如果DMS和DMDS的来源是生命活动，那么K2-18b的生命可能非常丰富，或者其生态系统能积极生成DMS和DMDS，抑或是K2-18b的大气中DMS和DMDS难以分解……这些高浓度的原因需要进一步探索。
最后，必须注意的是，单凭DMS和DMDS的存在证据，无法断言生命或其迹象。例如，过去曾有一段时间，磷烯（phosphine）和自由氧气被认为是生物标志物，但现在已经发现它们也能通过非生命活动大量生成，因此单一的发现不再被视为生物标志物。从这个教训来看，现在认为要主张生命的迹象，必须是多个生物标志物的组合。DMS和DMDS相似，因此会被视为一个生物标志物。但无论如何，仅凭这一次的证据，想要主张生命迹象依然是一个较弱的论点。
这项研究无疑是非常有趣的 在前面，我写了很多否定性的看法，但显然，这并不意味着会削弱这项研究本身的价值。正因为这项研究具有巨大的影响力，所以我们在接受其内容时需要保持谨慎。更重要的是，这些否定性的看法其实是Madhusudhan等研究人员在论文和新闻稿中自己提到的，表明他们已经意识到了这项研究的局限性。
至少可以确定的是，这项研究无疑是探索地球以外星球是否存在生命的重要一步。然而，要将这一步推进得更远，我们仍然需要更多的观测和研究。至少首先，我们需要将Webb宇宙望远镜对K2-18b的观测时间从现在的1.4到5小时增加到8到24小时。然后，通过将分析对象分子的种类从20种增加到更多的种类，减少偶然结果的可能性。
与此并行，我们还需要验证在K2-18b或其他星球的环境中，DMS和DMDS是否可能通过生命活动以外的方式生成。为了做到这一点，需要同时进行理论模拟和实验室实验。
如果我们推进这些研究，可能会在K2-18b或其他星球上发现更多的生物标志物。可以肯定的是，这项研究无疑是寻找地球以外星球生命的重要里程碑。几十年后，或许这个研究将被视为一个重要的转折点。
