如果行星大氣中擁有大量甲烷最可能的原因是行星上有生物存在

超強大的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡即將發射升空。一旦部署完畢，它放置在地球和太陽之間的第二個拉格朗日點（Lagrange Point 2）上。它的工作之一是檢查系外行星上的大氣層並尋找生物特徵。只需要掃描大氣層，直到找到氧氣，然後宣佈新發現。

尋找生命跡象時，在行星大氣中尋找氧氣似乎是顯而易見的事情，但事實並非如此。它的存在與否不是一個可靠的指標。地球的歷史清楚地顯示了這一點。

現代地球的大氣中約含21％的氧氣，我們知道其中大部分來自地球海洋中的生物。但是有一個障礙：一旦古代地球上的藍細菌開始產生光合作用的副產品氧氣，那麼大氣中的氧氣就需要花費很長的時間，大概是十億年才能達到現時的水平。

如果我們檢查系外行星，沒有發現氧氣，然後繼續找尋另外一顆，卻沒有意識到在向世界充氧時那裡有生命，該怎麼辦？如果我們還早十億年，而支持生命的氧氣還沒有充滿系外行星的大氣呢？岩石行星上有許多吸收氧氣的化學物質，除非這些物質變得飽和，否則不會在大氣中發現生物產生的氧氣。

這就是地球上發生的事情，這就是我們期望在其它岩石世界上發生的事情。在地球上，地質活動將岩漿從地幔攪動到地殼上。例如，許多地幔物質，例如鐵，與大氣中的氧氣結合，將氧氣其從大氣中抽出。

所以行星科學家需要專注其它事物，例如：甲烷（Methane）的原因之一。美國華盛頓大學地球與太空科學系虛擬行星實驗室以尼古拉斯·沃根（Nicholas Wogan）為首的研究團隊，研究了甲烷發出生物存活訊號的潛力。他指出，行星大氣中的大量甲烷不太可能來自火山，並且很可能具有生物學上的起源。

沃根團隊使用熱力學模型來研究類地行星上火山岩漿的放氣是否會將甲烷和二氧化碳排放到大氣中。本質上，他們發現火山不太可能產生與生物來源相同數量的甲烷。這不是不可能，只是不可能。

這主要是因為氫氣喜歡停留在岩漿中。水在岩漿中高度可溶，限制了放出的氫氣量，因此限制了行星大氣中甲烷的含量。另一個原因是甲烷本身需要低溫岩漿才能釋放氣體，而地球上的大部分岩漿是較高溫度。

研究團隊發現，在那些火山噴發會產生大量甲烷的極不可能情況下，它們也會產生二氧化碳。與現代地球相比，古代大古宙（Archean）地質時代，地球的火山活動方面要活躍得多。在古細菌時代，地球的熱流是目前的三倍。根據這項研究，它產生的岩漿可能是現代地球的二十五倍，甲烷含量也高得多。但是產生所有甲烷的相同活動也會產生更多的二氧化碳。沃根指出，這是一個可檢測的假陽性。但是，如果檢測到大量甲烷而沒有伴隨的二氧化碳量，那麼這是一個更可靠的生物特徵。

沃根還表示，至少和任何類似地球的行星上，如果不調用生物資源就很難解釋甲烷和二氧化碳的探測。他們還得出結論，在大氣中檢測到的少量或可忽略不計的一氧化碳會增強甲烷加上二氧化碳的生物標記，因為生命很容易消耗大氣中的碳，而減少火山氣體則可能導致碳在行星大氣中累積。

【圖、文：節譯自今日宇宙網頁】研究全文刊登在2020年10月29日出版的《行星科學雜誌》