星系空间

克里斯·伊姆佩：探测到地球以外的生命将是科学史上最意义深远的发现之一。仅银河系就拥有数亿颗潜在宜居行星。天文学家正利用强大的太空望远镜，在这些行星中最像地球的行星大气层中寻找生物存在的分子指标。

但迄今为止，尚未在地球之外发现任何生命存在的确凿证据。2025年4月发表的一篇论文声称在行星K2-18b的大气层中探测到了生命存在的迹象。

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尽管这项发现引人入胜，但大多数天文学家——包括论文作者在内——并不认为这意味着地外生命存在。探测到生命将是一项意义非凡的进展。

天文学家卡尔·萨根曾用“非凡的论断需要非凡的证据”这句话来形容寻找外星生命。这句话传达了一个理念：要支持一项非凡的论断，就必须有很高的证据门槛。

我是一名天文学家，也写过一本关于天体生物学的书。在我的职业生涯中，我见证了一些令人振奋的科学发现。但是，要达到发现地球以外生命的门槛，一项成果需要符合几个重要的标准。

结果在什么情况下才重要且可靠？

一项科学成果要成为真正的发现，且不受不确定性和质疑的影响，必须符合三个标准。那么，关于K2-18b上存在生命的说法是否符合这些标准呢？

首先，实验需要测量一个有意义且重要的物理量。研究人员利用詹姆斯·韦伯太空望远镜观测了K2-18b的大气层，并发现了一种光谱特征，他们将其鉴定为二甲基硫。

在地球上，二甲基硫与生物体密切相关，特别是海洋中的细菌和浮游生物。然而，它也可以通过其他途径产生，因此，仅凭这一分子并不能确凿地证明生命的存在。

其次，探测信号必须足够强。每个探测器都会受到电子随机运动产生的噪声干扰。信号强度必须足够高，才能降低由这种噪声偶然产生的概率。

K2-18b 的探测具有 3σ 的显著性，这意味着它有 0.3% 的概率是偶然发生的。

这个数值听起来很低，但大多数科学家会认为这是一个微弱的探测结果。有很多分子都能在相同的光谱范围内产生特征信号。

科学探测的“黄金标准”是5σ，这意味着偶然发现的概率小于0.00006%。例如，欧洲核子研究中心（CERN）的物理学家们耐心收集了两年数据，最终以5σ的置信度探测到了希格斯玻色子，并因此在一年后的2013年获得了诺贝尔奖。

第三，结果需要具有可重复性。只有经过重复验证的结果才被认为是可靠的——理想情况下，这些结果最好能得到其他研究人员的证实，或者使用不同的仪器进行确认。

对于 K2-18b 而言，这可能意味着探测到其他指示生物存在的分子，例如行星大气中的氧气。

k2-18b-行星

在缺乏更多更可靠的数据之前，大多数研究人员对K2-18b上存在生命的说法持怀疑态度。

关于火星生命存在的说法

过去，一些科学家声称在离我们更近的火星上发现了生命。

一个多世纪前，退休的波士顿商人、后来的天文学家珀西瓦尔·洛厄尔声称，他在火星表面看到的线性特征是运河，是由一个濒临消亡的文明建造的，用于将水从两极输送到赤道。火星上的人工水道无疑是一项重大发现，但这个例子却不符合另外两个标准：强有力的证据和可重复性。

洛厄尔的目视观测结果误导了他，他只是在进行一厢情愿的思考。其他天文学家都无法证实他的发现。

1996 年，美国宇航局举行了一场新闻发布会，会上一个科学家团队展示了火星陨石 ALH 84001 中存在生物的证据。他们的证据包括一张引人注目的图片，该图片似乎显示了陨石中的微化石。

然而，科学家们已经对这颗陨石的异常特征提出了与生物学无关的解释。那种惊人的说法已经不攻自破。

最近，天文学家在火星大气中探测到了低浓度的甲烷。与地球上的二甲基硫和氧气一样，甲烷主要（但不完全）由生命活动产生。不同的火星探测器和漫游车在火星表面探测到甲烷，但结果却相互矛盾，一个探测器的探测结果并未被另一个探测器证实。

火星上甲烷含量极低且变化无常，至今仍是个谜。由于缺乏确凿证据表明这种极低含量的甲烷具有生物起源，因此没有人声称已找到火星生命存在的确凿证据。

先进文明的主张

在火星或系外行星上探测到微生物生命固然意义重大，但发现地外文明则更为壮观。

寻找地外文明（SETI）的活动已经进行了75年。虽然至今尚未收到任何信息，但在1977年，俄亥俄州的一架射电望远镜探测到一个持续仅一分钟的强信号。

这个信号非常不寻常，以至于一位在望远镜旁工作的天文学家在打印出来的结果上写下了“哇！”，并因此给这个信号起了个名字。可惜的是，此后在同一片天空区域再也没有探测到过类似的信号，所以“哇！”信号未能通过可重复性测试。

2017年，一颗名为“奥陌陌”（'Oumuamua）的岩石状雪茄形天体成为已知首个造访太阳系的星际天体。“奥陌陌”奇特的形状和运行轨迹曾让哈佛大学天文学家阿维·勒布（Avi Loeb）认为它是外星造物。然而，该天体已经离开太阳系，天文学家再也无法观测到它。一些研究人员也收集到证据表明，它只是一颗彗星。

虽然许多科学家认为我们并不孤单，因为地球之外存在着大量的适宜居住的星球，但目前还没有任何探测结果突破卡尔·萨根提出的阈值。

关于宇宙的说法

这些标准同样适用于对整个宇宙的研究。宇宙学中一个特别值得关注的问题是，与行星不同，我们只有一个宇宙可供研究。

一个警示性的例子来自试图证明宇宙在大爆炸后不到一秒内经历了一段极速膨胀的时期。宇宙学家称这一事件为暴胀，并用它来解释为什么宇宙现在看起来光滑平坦。

2014年，天文学家声称在大爆炸后遗留的微弱微波信号中发现了暴胀的证据。然而，不到一年，该团队就撤回了这一结果，因为该信号有一个很平凡的解释：他们把银河系中的尘埃误认为是暴胀的信号。

另一方面，宇宙加速膨胀的发现展现了科学方法的成功。1929年，天文学家埃德温·哈勃发现宇宙正在膨胀。随后，在1998年，有证据表明宇宙膨胀正在加速。物理学家们对此结果感到震惊。

两个研究小组分别利用超新星观测来追踪宇宙的膨胀。在友好的竞争中，他们使用了不同的超新星样本，但都得到了相同的结果。这些独立的验证增强了他们对宇宙加速膨胀的信心。他们将这种加速膨胀背后的力量称为暗能量，并因发现暗能量而荣获2011年诺贝尔物理学奖。

无论规模大小，天文学家在宣称一项发现之前，都会努力设定很高的证据标准。