我们习惯了地球上的雷雨天气。但在另一个星球上，它们会是什么样子呢？我们知道太阳系中的其他行星也有闪电，例如，木星高层的云层中或者火星的沙尘暴期间。现在，天文学家们正在考虑太阳系以外行星上的闪电——以及它对这些行星上生命迹象的影响。
在一篇新研究论文中，该论文已被《天文学与天体物理学》期刊接受，一个由天体生物学家组成的研究小组调查了闪电可能如何改变我们在其他世界中寻找的一些生物标志物——生命的化学迹象。总的来说，其结果是微妙的，就像我们地球上经历的复杂大气一样。事实证明，闪电可以放大某些生物标志物，同时掩盖其他生物标志物。这既为寻找地外生命提供了线索，也使我们的观测复杂化。
闪电在我们看来是一种明亮的闪光，通常发生在大的雷雨中，它是由大气中的电流在云层之间或对地放电引起的。正如研究的合著者、加州大学河滨分校的天体生物学家Edward Schwieterman解释说，它也“影响着行星大气的化学性质，包括我们都知道的地球”。闪电甚至可能在我们星球上生命起源的过程中发挥了作用——天体生物学家认为，它可能将一些最终成为我们体内氨基酸的分子结合在一起。
一个行星上发生多少闪电取决于一系列因素，包括大气中的水量以及温度（高或低）。如果闪电足够多，它可能会显著改变大气中发生的事情。这对于计划寻找表明太阳系以外行星上存在外星生物的特定化学物质的天体生物学家来说尤其重要。
“人们在系外行星大气生物标志物方面所做的很多工作都是非常理论化的，完全基于计算模型，”NASA戈达德太空飞行中心的天文学家、与新研究无关的Nick Wogan补充道。然而，这个研究团队结合了实际的实验室实验和计算机模拟，研究了闪电发生时有多少不同的化学物质被产生和影响。他们发现结果取决于大气层的类型和闪电发生的频率。
天体生物学家正在寻找哪些生命迹象？
对生物学来说，一些特别有趣的化学物质是氨、甲烷、臭氧和一氧化二氮。科学家们不知道氨是否可以通过非生物过程生成，而一氧化二氮是细菌代谢的常见产物。甲烷在地球上由生命产生，包括人类燃烧化石燃料和牛打嗝，而臭氧是大气中含有氧气的良好迹象，而氧气是我们人类赖以呼吸的。如果这些化学物质在一个遥远的行星上被探测到，则有可能在该行星上存在生命，这使其成为进一步研究的主要关注目标。
在这项新研究中，研究小组表明，闪电本身无法产生足够的氨、甲烷或一氧化二氮，这使得这些化学物质成为更可靠的生命迹象。他们还表明，它无法产生一氧化碳——有时被称为“反生物标志物”，因为它的存在意味着生命可能不存在于那里——这意味着我们不会仅仅因为某个宜居行星上有闪电就将其误判为死亡且充满一氧化碳。
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然而，闪电可能会让探测臭氧变得更加困难。也就是说，一个闪电频率比地球高几倍的行星，其臭氧信号可能会被闪电的影响所掩盖。
我们何时能看到这些迹象？
实际观测一颗类似地球的岩石系外行星上的化学物质和闪电仍然是未来的目标，而且我们还没有真正做到这一点。Schwieterman解释说：“我们还没有确定一颗类似地球的温带岩石行星上大气的存在，尽管迄今为止研究过的行星很少。” 我们迄今为止研究过的大多数岩石行星都离它们的恒星太近，以至于它们的大气层都已消失，被其太阳的强烈辐射烧毁了。
然而，天文学家在观测真正的类地行星方面取得了切实的进展。计划于2040年代发射的“宜居世界观测仪”将致力于寻找生物标志物。Wogan补充道，了解大气层及其许多因素（包括闪电）的研究，“将是未来望远镜开始在地球大小的系外行星上寻找生物标志物气体时的关键。”
斯图加特大学的天文学家、该研究的首席作者Patrick Barth表示：“总的来说，闪电对生物标志物的影响似乎不是太令人担忧。”他补充说，闪电只是“当你观测系外行星时，必须考虑的另一个信息。”
更新于2024年3月11日 上午8:55：已在开头为“在这项新研究中，研究小组表明，闪电…”的句子中添加了遗漏的词“足够”。
