最近，美国国家航空航天局（NASA）宣布詹姆斯·韦布空间望远镜揭示了在寒冷、黑暗宇宙中隐藏在冰冷云层中的惊人分子。消息一出，科幻迷们坐不住了，难道真有外星生命的存在？别急！今天，我们就来好好聊聊这个“生命起源前分子”。
【资料图】
由韦布望远镜的近红外相机拍摄的图像描绘了Chamaeleon I分子云的中心区域图片来源：NASA/欧洲空间局/加拿大航天局
01
地外生命
真的存在吗？
“是否存在地外生命？”“人类在宇宙中是否孤独？”这是一些有趣但很根本的问题。经常有不同年龄段的学生对这些问题感到无比好奇，同样的，科学家们也会经常思考这样的问题。从科学和历史两个方面进行推理，地外生命是存在的，人类在宇宙中并不孤独。
从科学方面来说，宇宙的庞大几乎超越我们的想象。我们所处的银河系至少有千亿颗恒星，而整个宇宙至少有千亿个星系。虽然一颗恒星周围有生命的行星概率很低，但是一个很小的数乘以一个很大的数很大可能不会只能等于“1”（即我们的地球）。换句话说，宇宙中很可能还存在像地球一样有生命的行星。
从历史方面来说，“人类是否孤独？”这并不是什么新鲜的问题。几十万年前，远古人已经开始好奇大地的远方是否有他们的同类？于是找到不同的族群，形成部落和国家。五百多年前，哥伦布等航海家好奇大洋的彼岸是否有他们的同类，于是发现了新大陆，形成全球化和人类共同体。
现在，我们仍然好奇同样的问题——人类是否孤独？不过，此时我们面对的是太空，是浩瀚的宇宙。我相信历史还是会给出同样的答案。
虽然我相信地外生命的存在，但是真正发现它们甚至联系它们，并非一蹴而就，人类还有很长一段路要走。此次韦布望远镜检测“生命起源前分子”这一发现，只是探索地外生命长途中的一小步。它进一步从科学上支撑了“存在地外生命”“人类在宇宙中并不孤独”这样的信念。
詹姆斯·韦布太空望远镜观测Chamaeleon I分子云的红外光谱。光谱中的各种谱线特征揭示各种分子的存在。图片来源：ILLUSTRATION: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)。SCIENCE: Klaus Pontoppidan (STScI), Nicolas M. Crouzet (LEI), Zak Smith (The Open University), Melissa McClure (Leiden Observatory)
02
“生命起源前分子”
究竟是什么
“生命起源前分子”其实就是生命起源前一般存在的较为简单的分子，比如水、一氧化碳、二氧化碳、氨气、甲烷、甲醇等。它的发现并不代表人类已经找到了地外生命。其实，此前也曾发现过一些所谓的生命起源前分子，比如在一些系外行星的大气中，以及在一些年轻的恒星天体周围。
但是，此次依靠韦布望远镜的强大探测能力所观测到的这些分子，是在格外致密和寒冷的分子云中存在的。而且由于韦布望远镜非常宽的光谱覆盖范围，它能同时探测到很多分子谱线。
这次研究也是迄今为止最全面的一次对这些恒星和行星形成之前冰成分的观测发现。这次研究的科学意义在于，它揭示了早在恒星和行星诞生之前，这些所谓的生命起源前分子（水，一氧化碳，二氧化碳以及一些有机分子如甲醇等）就已经在分子云的冰深处形成。
03
韦布望远镜
最理想的观测选择
作为有史以来观测能力最强的红外空间望远镜，大至宇宙，小到行星的各个天文领域中，韦布望远镜均能取得前所未有的发现。
它能看得很“远”，它能看到宇宙诞生后第一批形成的恒星和星系，让我们对宇宙的诞生，星系的形成和演化有全新的理解。它又能看得很“细”，除了能发现弥漫在宇宙中分子云中的各种冰分子，它还能探测太阳系外行星大气的成分，极大地拓展我们对行星，包括地球，以及生命起源的认识。
对于本次发现，韦布望远镜是当之无愧的“幕后功臣”。发现这些分子的基本原理是：背景恒星的光穿过分子云被望远镜的光谱仪观测到。分子云中的各种冰分子通常会吸收特定波长的光子，在光谱上留下印记，即光谱吸收线，从而被探测发现。
很多分子谱线落在红外波段，这正是韦布望远镜工作的主要波段。这次的观测对象是两个致密分子云，因此光穿过后到达望远镜的信号非常微弱的，必须要大型的（聚光能力强）的望远镜，如韦布望远镜才能探测到。
其它的天文望远镜能观察到吗？答案是基本不能。首先，为了排除地球大气中各种分子（水，二氧化碳等分子）的影响，不能使用地面望远镜。而对于空间望远镜而言，虽然哈勃的观测能力也很强，但它的工作波段主要在光学和近红外，对中红外和远红外无能为力。
因此，韦布望远镜是目前这方面最理想的天文望远镜。它的口径比哈勃还大，聚光能力更强，能探测到更暗弱信号，并且其工作波段在红外波段覆盖广，能发现大量的分子谱线。
04
结语
本次研究是“冰河时代”（ice age）项目的一部分，这是韦布望远镜的 13 个早期释放科学项目之一。这些观测旨在展示韦布的观测能力，并让天文学家学习如何充分利用该仪器。
预计未来韦布望远镜将开展近一步的观测工作，以助我们了解冰如何从最初的合成演变到原行星盘的彗星形成区域，从而揭示哪些冰的混合物（哪些元素）最终可以输送到类地行星的表面，或融入巨行星的大气层等重要科学问题。
此次发现并不意味着真正找到了地外生命，但可以将其视为人类在探寻地外生命的征途中迈出的又一步。它揭示了早在恒星和行星诞生之前，这些所谓的生命起源前分子就已在分子云的冰深处形成。考虑到分子云弥漫宇宙各个角落，因此这项研究的结果也意味着生命起源在宇宙各处存在着相近的初始条件。
这一发现，从科学上支撑了“存在地外生命”“人类在宇宙中并不孤独”的信念。而正是这种信念的存在，促使着人类对宇宙不懈探索，不断将一个个“信念”变成一个个“常识”。
出品：科普中国
制作：谢基伟（南京大学）
监制：中国科普博览
（来源：科普中国）
