氧氣

一個人可以一天不吃飯，一天不喝水，但是一分鐘不呼吸就可能堅持不住。我們體內有脂肪可以儲存能量，細胞內也有水分可以利用，但是必須持續有氧氣的攝入才能完成人體的各項機能。

在地球的大氣層中，氧氣佔了大概21%的比例，我們透過呼吸攝入這些氧氣，才能賴以生存。一旦沒有氧氣，地球上的生物幾乎就會全部死亡。

因此，不論是尋找人類的第二家園，還是潛在有可能孕育生命的系外行星，我們都會重點關注這些星球上是否有氧氣。

但是這裡有一個問題：地球也不是 一開始就有這麼多氧氣的。實際上，科學家的研究表明，地球大氣在擁有足夠的氧氣支援需要呼吸氧氣的動物生存之前，還經歷過一段非常漫長的缺氧時期，這段時期可能長達10億年。直到藍藻之類的厭氧生物出現，產生出大量的氧氣，改變了地球的環境。

（圖片說明：早期地球假想圖）

因此，有些科學家一直在思考：如果我們觀測到的某顆行星，恰好類似於只有藍藻的地球，難道就要因為它的大氣中沒有氧氣而放棄嗎？如果是這樣，那麼我們恐怕已經錯過了許多可能已經孕育了厭氧生物的星球！

那麼，我們是否還有其他的指標，去檢驗生物存在的可能性呢？

甲烷

自華盛頓大學地球和空間科學系的Nicholas Wogan和虛擬行星實驗室的Nicholas Wogan最近在《行星科學雜誌》發表了他們的最新研究成果，他們指出：相比於氧氣，甲烷的大量存在似乎更有可能預示著生命的痕跡，我們未來可以透過甲烷來判斷一顆行星上是否孕育了生命。

火山Vs生物

他們設計了一個模型，來模擬類地行星上的火山噴發會將多少甲烷和二氧化碳釋放到大氣中。其中，他們一共設計了兩種環境：

純海洋行星：所有的火山都是海底火山；

類地行星：既有海洋也有陸地，兩種火山都有噴發。

透過對兩種情況的模擬，他們發現，不論是什麼樣的行星上的火山，所產生的甲烷和二氧化碳比例都和生物存在的情況完全不同。這意味著，透過兩種氣體的比例來排除火山的因素是行得通的。

他們指出，造成這個現象的原因，就在於岩漿可以鎖住更多的氫元素。由於水（H2O）在岩漿中的溶解度比較高，會導致更多的氫元素留在岩漿裡，減少了甲烷的比例。不僅如此，只有當岩漿溫度比較低的時候，甲烷才會更容易被釋放出來，而普通的岩漿溫度都太高了。

尤其以地球為例，火山噴發所產生的甲烷量以及幾乎可以忽略不計，這更加讓我們有理由相信，甲烷的量如果過多的話，則更有可能是來自於生物的生化反應。

（圖片說明：本次研究中科學家繪製的一些影象，a和b衡量的是海洋行星和海洋-陸地行星上甲烷的量，c和d代表的是甲烷生成量和岩漿溫度的關係）

而且，就算那些微乎其微的機率發生了，極特殊的條件下僅僅靠火山產生大量的甲烷，我們同樣有辦法證明這些甲烷並非來自於生物。

目前的考古資料證明，地球在形成初期也經歷過非常頻繁而又劇烈的火山噴發過程。那段時期，地球產生岩漿的量甚至可能達到今天的25倍之多，同時也的確產生了更多的甲烷。不過研究人員也注意到，在這個過程中，還有一種氣體會大量產生，那就是二氧化碳。

（圖片說明：早期地球表面環境假想圖）

對於系外行星，情況可能也是一樣的。因此，如果我們檢測到一顆系外岩石行星的大氣中有大量的甲烷，那麼它就有可能已經有生命在活動了。如果我們還能對它的二氧化碳比例進行觀測，就有可能排除掉火山噴發的因素，其孕育生命的機率更加提高。

除此之外，我們還可以透過一氧化碳來進一步加強生命的訊號。如果系外行星的大氣中一氧化碳含量足夠低，那麼將會增加生命存在的可能，因為生命更容易消耗這些一氧化碳。而具有還原性的火山氣體則更容易提升一氧化碳的含量，所以一氧化碳含量足夠低，意味著這些甲烷更有可能不是來自於火山。

工欲善其事，必先利其器。想要探測到這些秘密，我們就需要一臺非常強大的觀測裝置，比如NASA即將在明年發射升空的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）。

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是比哈勃太空望遠鏡更加先進的新一代太空望遠鏡，具有著極強的觀測能力。哈勃望遠鏡的口徑只有2.4米，而JWST的口徑將可以達到6.5米。它不僅可以看得更遠，還能看得更細，對於很多哈勃望遠鏡力所不能及的資訊，它都能夠觀測到，因此被科學家們寄予厚望。

在JWST發射之前，科學家們需要提前考慮好該如何使用它，才能保證它在升空後能夠更高效地執行。而類似於這樣的研究，就是在為未來的JWST提供研究的方向，幫助科學家們更好地利用這臺強大的裝置。

研究人員在論文的最後也指出，本次研究的結論都是來自於對地球環境的理解。在無數系外行星上，也許氣體的迴圈或者反應並不和地球一樣，因此我們仍然需要大量的研究。不過，不論這次研究的結論是否正確，這都是我們科技發展的必經之路。不管怎麼說，隨著相關研究的不斷深入，我們距離地外生命也將會越來越近。