尋找外星生命新指南

一系列新發(fā)現(xiàn)暗示：“可居住地帶”是有可能找到外星生命的地方。

對(duì)于尋找外星生命的科學(xué)家來說，1976年這一年很不美妙。美國宇航局的“海盜一號(hào)”飛船登陸火星后，用它的機(jī)械臂挖取了一塊拳頭般大小的火星紅土樣本，然后在飛船內(nèi)置的實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行分析，希望能找到生命的痕跡。然而，結(jié)果令人沮喪：其中沒有任何生物活動(dòng)的跡象。與此同時(shí)，“海盜一號(hào)”發(fā)回地球的火星圖像也顯示，火星表面是一個(gè)蒼涼、冷凍的沙漠世界。在當(dāng)時(shí)，火星是人們覺得最有希望發(fā)現(xiàn)外星生命(或稱地外生命)的地方，但這個(gè)希望就像火星風(fēng)暴中的塵埃一樣被吹得煙消云散。

然而，短短33年后的今天，情況大不相同了。33年前，火星被認(rèn)為是地球以外唯一有那么一點(diǎn)點(diǎn)可能性找到生命的地方，而今天，隨著在地球的各種“不可能存在生命的地方”發(fā)現(xiàn)生命，科學(xué)家對(duì)宇宙生命的概念已經(jīng)發(fā)生了天翻地覆的變化?，F(xiàn)在，科學(xué)家開始考慮不是去某個(gè)地方、而是去被稱之為“可居住地帶”的地方尋找外星生命。什么是“可居住地帶”?簡單地說，就是支持生命存在的其他行星及衛(wèi)星，而這樣的行星及衛(wèi)星不僅存在于太陽系中，也遍布銀河系，充滿整個(gè)宇宙，甚至占據(jù)宇宙之外。

尋找外星生命的進(jìn)展十分驚人。2008年11月，對(duì)于土星的衛(wèi)星之一恩克拉多斯(土衛(wèi)二)的新研究表明，在這顆衛(wèi)星崎嶇不平的表面下很可能存在著一個(gè)巨大的溫暖水庫，而之前沒有任何科學(xué)家認(rèn)為這顆直徑大約為480千米的冰質(zhì)衛(wèi)星有什么不同尋常之處，直到美國宇航局的“卡西尼號(hào)”飛船目睹了土衛(wèi)二表面奇異的水蒸氣噴泉(也叫冰火山)。如今，土衛(wèi)二和木星的衛(wèi)星歐羅巴(木衛(wèi)二)一道進(jìn)入了太陽系中有可能存在液態(tài)水的天體名單，而這個(gè)名單一直都在加長。從理論上說，有水就可能有生命。

科學(xué)家們也在密切關(guān)注環(huán)繞其他恒星的類地(類似地球的)行星。自20世紀(jì)90年代中期以來，科學(xué)家已認(rèn)證了差不多340顆太陽系以外的行星，其中大多數(shù)是超大質(zhì)量的氣態(tài)巨無霸，不過最近的搜索正在發(fā)現(xiàn)太陽系以外越來越小的行星世界。2009年3月，歐洲空間局的“科洛特號(hào)”衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)了一顆太陽系以外的行星，其直徑不到地球的兩倍。美國宇航局的“開普勒號(hào)”探測(cè)器也于2009年3月升空，科學(xué)家指望它能在2009年年底前開始搜尋跟地球一般大小的太陽系以外的行星。與此同時(shí)，最近的一系列發(fā)現(xiàn)顯示，微生物比我們想象的要堅(jiān)韌得多。也就是說，就算是在那些跟地球不太相似的行星或衛(wèi)星上面電有可能存在生命。

上述發(fā)現(xiàn)表明，火星只是我們尋找外星生命的第一步，絕非最后一步。宇宙中的可居住地帶看起來十分廣大，也應(yīng)該充滿生命。

太陽系可居住地帶

基于對(duì)地球極端生物的新認(rèn)識(shí)，科學(xué)家對(duì)太陽系可居住地帶的理解已大大拓寬了。

在尋找跟我們已知的生命(地球生命)類似的外星生命方面有一個(gè)教條，就是生命需要水在這個(gè)“法則”的引導(dǎo)下，長期以來，科學(xué)家只考慮那些跟地球相似的星球——?dú)夂驕睾汀⒈砻嬗幸簯B(tài)水的巖石行星?？茖W(xué)家指出：如果按照怡人的氣候來定義可居住地帶，那就只有環(huán)繞太陽的一個(gè)相當(dāng)狹窄的區(qū)域。只要你把地球再朝著太陽移近百分之幾，或者把地球放到離太陽再遠(yuǎn)最多30％的地方，地球上的氣候就會(huì)變得非常糟糕(前一種情況下變得很熱，后一種情況下變得很冷)。就此而言，太陽系中除地球外不可能再找到生命。而在其他星系，就算擁有類似太陽系這樣的恒星－行星系統(tǒng)，能像地球這樣恰好處在“正確位置”(因而能夠支撐生命存在)的行星恐怕少之又少。這樣一來，發(fā)現(xiàn)外星生命的希望自然就十分渺茫了。

假如真是這樣，可居住地帶這個(gè)原本讓人充滿期待的故事就會(huì)讓人失望地戛然而止了然而，事實(shí)并非如此。生物學(xué)家近來對(duì)地球生命本身有了一系列大大出乎預(yù)料的驚人發(fā)現(xiàn)：他們?cè)诘厍蛏习l(fā)現(xiàn)了新的生命形式，這是一些無需依賴地表食物、地表氧氣和地表陽光的細(xì)菌菌株，被科學(xué)家稱作“極端生物”。

極端生物所處的環(huán)境條件非常惡劣，直到50年前，生物學(xué)家還根本無法想象在這樣的環(huán)境中竟然能存在生命。例如，在洋面下1600多米的大洋底，在黑暗、超熱的地?zé)釃娙谥芡尤痪奂?、活躍著巨型管蟲、蟹和蝦。這些噴口被稱為黑煙囪，因?yàn)閲姵龅臒熤杏写罅堪瞪牧蚧瘹?。而這些蟲、蟹、蝦正是依賴黑煙囪噴出的化合物生存，這個(gè)牛態(tài)系統(tǒng)完全無需光合作用。

然而，這些海底極端生物還不是最令生物學(xué)家們激動(dòng)的，因?yàn)樗鼈內(nèi)匀灰蕾囇?，只不過這些氧是由陽光間接制造的。對(duì)生物學(xué)家來說，在地底下繁榮興旺的細(xì)菌要驚人得多，其中有一種生活在位于地面下8000米的南非金礦的腹心。它們獲取能量的方式實(shí)在令人難以想象——它們竟然由巖石中不穩(wěn)定原子的放射性衰變提供能量，陽光和地表水在其中不起任何作用。

既然地球上的極端生物能夠不依賴太陽能生存，這就意味著外星生命或許也一樣能在外星表面很深的地下繁衍生息，一樣無需表面水和陽光。換句話說，可居住的行星(或更廣義地說——天體)也許無須像地球一樣。正是基于這樣的新認(rèn)識(shí)，科學(xué)家對(duì)可居住地帶范圍的理解大大拓寬了。

一個(gè)令人愉快的巧合是，在發(fā)現(xiàn)地球極端生物的同時(shí)，新研究又顯示太陽系中或許有許多以前并未預(yù)料到的溫暖濕潤之地。20世紀(jì)90年代，美國宇航局的“伽利略號(hào)”空間探測(cè)器搜集到的令人信服的證據(jù)表明，木衛(wèi)二(歐羅巴)在其冰封的表面下可能存在一個(gè)全球范圍的、由液態(tài)水構(gòu)成的汪洋大海。而最近才在土衛(wèi)二(恩克拉多斯)上發(fā)現(xiàn)的冰火山則是第二個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。歐羅巴的地下海洋和恩克拉多斯的冰火山促使行星科學(xué)家們開始思考：太陽系里是否散布著更多這樣的熱點(diǎn)地區(qū)——那里缺乏陽光，而且遠(yuǎn)離自身所在天體的表面，但卻擁有無需依賴這兩個(gè)條件的生命存在?

銀河系可居住地帶

當(dāng)天體生物學(xué)家把目光投向銀河系時(shí)，他們對(duì)可居住地帶的理解變得更加寬泛。

當(dāng)天體生物學(xué)家把目光投向地球所在的銀河系時(shí)，他們劉可居住地帶的理解變得更加寬泛銀河系中可能包含著多達(dá)2000億顆恒星，根據(jù)已知擁有行星的恒星數(shù)量來估算，銀河系中包含的行星數(shù)量遠(yuǎn)不止幾十億顆。銀河系中迄今最常見的恒星是紅矮星(表面溫度低、顏色偏紅的恒星，它們?cè)诤阈侵械臄?shù)量較多)，科學(xué)家曾經(jīng)以為在其周圍不大可能存在類地行星，但新研究打破了這一成見。而對(duì)地球極端生物的研究則告訴我們，哪怕在非類地行星上也一樣可能存在生命。因此，就算在浩大銀河系中真的罕見像地球這樣的行星，也不能排除銀河系中存在大量“生命之星”的可能性。

所有這些都是好消息。不過，事情并非這么簡單，因?yàn)椴⒎撬行窍档拿總€(gè)地方都適合居住?？茖W(xué)家指出，對(duì)外星生命來說，水的存在不是最重要的，最重要的是與暴烈而又大質(zhì)量恒星的距離。

在銀河系中心附近，輻射最強(qiáng)烈，而到銀河系邊緣，輻射降到幾乎為零。即便如此，銀河系中仍可能包含著數(shù)十億顆可居住的行星。銀河系中那些最亮、最熱、最重的恒星，對(duì)行星和生命來說都意義重大。這些恒星是宇宙中關(guān)鍵性重元素(如硅、鉀、鐵)的唯一來源。要知道，地殼組成中超過1/4是硅，鉀對(duì)于細(xì)胞活動(dòng)作用很大，鐵則在我們的血液中運(yùn)送氧，而這些重元素都是在恒星的烈焰核爐中鍛造出來的——當(dāng)大質(zhì)量恒星以超新星爆發(fā)的形式壽終正寢時(shí)，它們將重元素拋進(jìn)太空，這些重元素被下一代恒星吸納，并有助于行星的形成。

在思考星系可居住地帶的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，科學(xué)家把重元素是否豐富作為主要條件，而重元素的數(shù)量隨著遠(yuǎn)離星系中心而急遽下降。據(jù)計(jì)算，當(dāng)太陽在大約40億年前形成時(shí)，從銀河系中心到邊緣的外1/3區(qū)域都缺乏足夠的重元素來支撐生命；之后，重元素分布逐漸變得均衡；到今天，只有銀河系的邊緣部分“嚴(yán)重營養(yǎng)不良”，因而不容易形成像地球這樣的行星。地球處在從銀河系中心到邊緣大約2/3的位置上，也即位于銀河系中可居住地帶的中心。

如果再往銀河系中心走，對(duì)生命同樣不利。超新星爆發(fā)在制造重元素并將它們拋進(jìn)太空的同時(shí)，還會(huì)釋放大量的高能輻射——伽瑪射線、x射線和紫外線，哪怕對(duì)于距離母恒星遠(yuǎn)達(dá)幾十億光年的行星來說，這樣的輻射電具有致命效應(yīng)。擁擠的星系中心區(qū)域是大量大質(zhì)量恒星的家園，超新星爆發(fā)在那里自然很常見，因此復(fù)雜生命的形成就算不是不可能，也是相當(dāng)不容易的。那么，超新星爆發(fā)的負(fù)面影響究竟有多嚴(yán)重?據(jù)計(jì)算，輻射毒害會(huì)把從銀河系中心到邊緣的內(nèi)20％區(qū)域完全排除在可居住地帶之外，而在這一小片區(qū)域內(nèi)集中了銀河系中全部恒星的一半之多。

可居住地帶距離銀河系中心既不能太近也不能太遠(yuǎn)，如此看來，可居住地帶相對(duì)來說面積不大。好在銀河系足夠大，因此可居住地帶的面積還是很大的。

在可居住地帶之外，是否就完全沒有可居住的地方了呢?這還不能斷然下結(jié)論，關(guān)鍵要看生命對(duì)高劑量輻射的抵御能力。關(guān)于這一點(diǎn)，地球上的化石記錄或許能提供一些信息。有研究顯示，每隔6200萬年，地球上的生物多樣性就會(huì)受到影響。也就是說，地球生物多樣性的下降(有時(shí)候表現(xiàn)為物種大滅絕)具有周期性。

有科學(xué)家將地球生物多樣性的改變與太陽及太陽系行星在銀河系中的運(yùn)行情況聯(lián)系起來，指出：隨著太陽環(huán)繞銀河系運(yùn)行，它同時(shí)也在銀盤(銀河系總體呈圓盤狀，故稱銀盤)上下跳動(dòng)，一會(huì)兒升到銀盤上方，一會(huì)兒又沉到銀盤下方。隨著銀河系在星系際物質(zhì)中穿行，在銀河系前方生成一種強(qiáng)力震波，能產(chǎn)生高能亞原子粒子，被稱為“宇宙射線”。宇宙射線會(huì)撕裂生物分子，對(duì)DNA造成無法修復(fù)的損壞。正常情況下，銀河系的磁場(chǎng)能保護(hù)我們免受宇宙輻射侵害，但每隔6200萬年，太陽就會(huì)跳到銀盤上方，在銀盤北側(cè)露出頭來，從而進(jìn)入危險(xiǎn)地帶，此時(shí)地球就會(huì)遭到很大劑量的宇宙射線轟擊，這可能就是造成物種大滅絕的根本原因(銀河系的北側(cè)指向室女座星系團(tuán)，這個(gè)巨大星系團(tuán)中包含了大量的星系。我們的銀河系，當(dāng)然也包括我們的地球和我們自己，正以大約每秒190千米的速度墜向室女座星系團(tuán))。

無論什么恒星，在其所在的星系中運(yùn)行時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)類似的跳動(dòng)，而靠近星系中心的恒星的跳動(dòng)更加頻繁，這就意味著靠近星系中心的區(qū)域確有可能不支持復(fù)雜生命形式的存在。但是，從另一方面來看，宇宙輻射是一把雙刃劍，“合適”數(shù)量的輻射本身其實(shí)也是生命必不可少的一部分，因?yàn)檩椛溆兄诖龠M(jìn)變異，而物種大滅絕則為進(jìn)化性改變開辟了道路。那么，究竟多少輻射才是“合適”的呢?輻射量大就一定意味著不可能有復(fù)雜的生命形式(不一定是我們熟悉的生命形式)存在嗎?這類問題目前仍無答案。

暫時(shí)可居住地帶

科學(xué)家有關(guān)物種大滅絕的假設(shè)暗示，可居住地帶不僅由空間決定，也由時(shí)間決定。

科學(xué)家有關(guān)物種大滅絕的假設(shè)暗示，可居住地帶不僅需要由空間來度量，而且需要由時(shí)間來決定。說到這一點(diǎn)，超新星爆發(fā)的確起著重要作用。當(dāng)宇宙在大爆炸中產(chǎn)生時(shí)，它幾乎全由氫和氦組成。我們知道，光靠氫、氦這兩利一元素是不可能形成行星、更不可能形成人的，而碳、氧、鐵之類的“生命元素”則必須等到恒星(特別是大質(zhì)量恒星)形成并通過核聚變的形式來產(chǎn)生。這些經(jīng)過“加工”產(chǎn)生的元素在恒星風(fēng)或超新星爆發(fā)中逃逸，然后被新一代恒星吸納。因此，整個(gè)宇宙在其137億年歷史的最初幾十億年里，或許一直是不可居住地帶。

當(dāng)宇宙充滿重原子之后，局勢(shì)發(fā)生了扭轉(zhuǎn)，但恒星注定最終要死亡的本質(zhì)又為可居住地帶施加了限制。我們的太陽是一顆中等質(zhì)量的恒星，現(xiàn)在大約是50億歲，預(yù)期壽命是100億歲。在下一個(gè)50億年里，太陽將腫脹成為一顆紅巨星，將吞噬地球或?qū)⒌乇砜窘埂Ｉ踔粮?，也許短短10億年之后，逐漸增加亮度的太陽就會(huì)讓地球變得根本不適合生命居住。而比太陽更明亮、質(zhì)量更大的恒星，其消耗自身核能的速度更快，或許還等不到復(fù)雜生命演化出來就燃盡了自己。

幸運(yùn)的是，最新研究認(rèn)為紅矮星也有可能支持類地行星的存在，那么暫時(shí)性可居住地帶的范圍就大大拓展了。在紅矮星中，最黯淡、燃燒自身核能最慢者或許能存在10兆年，也就是比太陽長命1000倍。現(xiàn)有研究結(jié)果暗示，在這些紅矮星也死亡后，宇宙可能會(huì)繼續(xù)擴(kuò)張。假如真是這樣，我們所知的充滿恒星、或許還充滿生命的宇宙，將只是宇宙的一瞬而已，其余時(shí)候的宇宙都是無盡的寒冷、黑暗和虛無。

如此預(yù)測(cè)真讓人失望，但不要擔(dān)心：最新物理學(xué)理論指向了另一種可居住地帶，將允許生命在最后一顆恒星死亡后能繼續(xù)存在下去很長時(shí)間。

多重可居住地帶

最大的可居住地帶或許不是我們所在的宇宙，而是包含有多個(gè)宇宙的“大宇宙”。

最近以來，在一些科學(xué)家眼中，最大的可居住地帶已不再是我們所在的宇宙，而是假想中的包含有多個(gè)宇宙的“大宇宙”，宇宙學(xué)家稱之為“多重寧宙”。在我們所在的宇宙消亡、變黑之后，或許另一個(gè)(甚至其他許多個(gè))宇宙將繼續(xù)高舉生命的大旗。

多重宇宙理論認(rèn)為，我們的宇宙——我們所觀察到的一切，包括塑造這一切的物理學(xué)法則——只不過是無數(shù)個(gè)宇宙中的一個(gè)而已。這種理論看起來簡直就是科幻，但絕非空穴來風(fēng)，而是宇宙學(xué)家基于一種被稱為“膨脹”的理論而構(gòu)建的模型。膨脹宇宙學(xué)目前是研究早期宇宙的主導(dǎo)模型，它指出：整個(gè)可觀察的宇宙開始時(shí)只是一個(gè)小點(diǎn)，而這個(gè)小點(diǎn)則是一個(gè)大得多(或許無限大)的實(shí)體中的一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)大實(shí)體是在大爆炸中產(chǎn)生的。在宇宙形成后10～30秒鐘之內(nèi)，這個(gè)小點(diǎn)以超超高速(注意：不是超高速)擴(kuò)張(這就是“膨脹”在宇宙學(xué)中的含義)，最終變成我們今天所看到的一切。盡管上述模式聽起來非常怪異，實(shí)際上卻有一些觀測(cè)證據(jù)來間接支持。這些證據(jù)解釋起來太復(fù)雜，這里就不說了。

宇宙學(xué)家進(jìn)一步指出，膨脹也可能發(fā)生在其他地方和其他時(shí)候，大爆炸會(huì)產(chǎn)生無數(shù)個(gè)小點(diǎn)，因此也就會(huì)膨脹出無數(shù)個(gè)口袋狀的宇宙。物理學(xué)家將這種多重實(shí)體(多重宇宙)的存在稱為“永恒膨脹”。假如這種理論為真，那么就不僅存在無數(shù)個(gè)宇宙，而且其中每個(gè)宇宙都有自己獨(dú)特的物理學(xué)法則。在這些宇宙中會(huì)不會(huì)形成生命呢?如果會(huì)，又會(huì)是什么樣的生命呢?還有待進(jìn)一步研究。

還有科學(xué)家提出了另一種同樣充滿科幻色彩、頗富爭(zhēng)議性的理論。20世紀(jì)90年代早期，有人提出了一種迥異于膨脹宇宙學(xué)中的口袋宇宙模型的多重宇宙模型，該模型聚焦于黑洞扭曲時(shí)間和空間的方式。這種理論是建立在這樣一個(gè)概念之上的：當(dāng)大質(zhì)量恒星坍縮成黑洞時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的宇宙。假如這種模型最終被證明為真，那么我們就不是生活在一個(gè)宇宙中，而是生活在一整套多重宇宙中，其中可能有多得數(shù)不清的宇宙都支持生命的存在，可居住地帶的數(shù)量自然也就無窮無盡了。事實(shí)上，現(xiàn)在已有間接證據(jù)表明在我們的宇宙中的確存在大量黑洞。

不過，無論如何，要想找到外星生命尚待時(shí)日。

相關(guān)鏈接：歐羅巴星鮮花盛開?

2009年5月，美國物理學(xué)家兼未來學(xué)家弗里曼-戴森提出一個(gè)驚人觀點(diǎn)，再度引發(fā)天文學(xué)家和天文愛好者對(duì)外星生命的濃厚興趣。戴森指出，我們應(yīng)該在那些最容易尋找外星生命的地方去尋找外星生命，哪怕那里的條件對(duì)我們所熟知的生命形式來說并不理想。他說，我們應(yīng)該在外太陽系的冰質(zhì)衛(wèi)星和彗星上去尋找花——那里或許存在跟地球北極地區(qū)發(fā)現(xiàn)的花相類似的花。他還說，我們尤其應(yīng)該派飛船到木星的衛(wèi)星歐羅巴上去尋找外星生命的跡象，因?yàn)槿绻谶@顆冰封的衛(wèi)星上真的存在生命，就應(yīng)該很容易被探察到。此前的探測(cè)結(jié)果暗示，在歐羅巴的冰殼下面存在一個(gè)全球性的地下海洋，科學(xué)家猜測(cè)這個(gè)海洋或許有利于生命的存在。當(dāng)然，要想鉆穿歐羅巴的冰殼非常困難，據(jù)估計(jì)，其厚度在數(shù)百米到超過100千米之間。

戴森認(rèn)為，在歐羅巴的冰殼中應(yīng)該存在裂縫來連接歐羅巴的表面和內(nèi)部，假如有生命扎根于裂縫中，那么就有可能被環(huán)繞歐羅巴飛行或登陸其上的飛船所發(fā)現(xiàn)。這類生命有可能表現(xiàn)為鮮花的形式，且呈拋物面形狀，以便把投射在歐羅巴表面的暗淡陽光(歐羅巴距離太陽較遠(yuǎn)，因此獲得的陽光較少)聚集到植物內(nèi)部。事實(shí)上，在地球北極地區(qū)就發(fā)現(xiàn)過這種形狀的花。那里的植物部進(jìn)化出了能最大限度利用太陽能的本領(lǐng)。

戴森說，“歐羅巴之花”或許能通過一種叫做“返射”的現(xiàn)象來探察到。所謂返射，是指光線通過反射又回到光源?？茖W(xué)家通過研究動(dòng)物眼睛反射的光線發(fā)現(xiàn)了這種光學(xué)效應(yīng)，其原理已被用于設(shè)計(jì)路標(biāo)和月面鏡，美國登月宇航員已在月面留下這樣的鏡子。

假如戴森想象中的“歐羅巴之花”真實(shí)存在，那么它們傳播到太陽系其他地方也是可能的。假如傳播到更小、更遠(yuǎn)的天體上。如傳播到太陽系的兩個(gè)彗星“倉庫”－柯伊伯帶和奧爾特云中的天體上，由于這些小天體的引力很小，植物的塊頭有可能會(huì)比較大，不僅能最大限度地聚集太陽能，而且易于被探測(cè)器所發(fā)現(xiàn)。

但也有科學(xué)家認(rèn)為，歐羅巴雖然是太陽系中僅次于火星的第二個(gè)最有可能存在外星生命的地方，或者說最有可能存在與地球生命類似的生命的地方，但戴森的“歐羅巴之花”的觀點(diǎn)“太極端”。在地球上，開花植物是在白堊紀(jì)進(jìn)化出來的，并且與同時(shí)進(jìn)化的昆蟲一道變得越來越種類繁多。而歐羅巴表面的宇宙輻射強(qiáng)度很大，而且一直還在變大，在它上面不論存在哪種進(jìn)行光合作用的生命系統(tǒng)，都必須生活在表面下一定深度，以避開輻射損傷。

2026年，美國宇航局和歐洲空間局將合作執(zhí)行一項(xiàng)木星探測(cè)計(jì)劃，一對(duì)探測(cè)器將同時(shí)對(duì)木星及其衛(wèi)星進(jìn)行探測(cè)。說不定，那時(shí)候歐羅巴是否有花的謎底就會(huì)揭開。