太空中或許沒有像家一樣的地方

羅伯特·哈森

從來沒有哪個科學(xué)命題像發(fā)現(xiàn)太陽系外行星那樣引起人們的關(guān)注，那些系外行星中最近的也離我們的太陽有好幾光年之遠(yuǎn)，是我們從未見到的世界。為了探尋宇宙中是否有我們的同類，天文學(xué)家正在梳理遙遠(yuǎn)恒星的微弱波動和周期性暗點(diǎn)——這表明了一顆行星的存在，盡管其信號很弱，連望遠(yuǎn)鏡也不能直接觀察到。

比木星大得多的系外龐然大物首先被發(fā)現(xiàn)，它們的巨大質(zhì)量造成了明顯的恒星擾動?，F(xiàn)在，距離我們發(fā)現(xiàn)第一顆系外行星已有20多年了，科學(xué)家的探索重點(diǎn)從發(fā)現(xiàn)龐然大物轉(zhuǎn)向了發(fā)現(xiàn)更像地球的外星世界。

對于類地行星，不同的人有不同的界定。天文學(xué)家傾向于他們可以自信地測量的三個方面：半徑、質(zhì)量和軌道。當(dāng)系外行星遮住恒星的部分光線時，類地行星的半徑可以通過恒星的最大暗光推斷出來;質(zhì)量可以通過恒星擾動的程度計算出來，而軌道參數(shù)必須將系外行星置于其“宜居區(qū)”，即液態(tài)水可以在系外行星表面或其附近駐留的環(huán)狀太空體。越來越多的發(fā)現(xiàn)——開普勒186f、開普勒438b、開普勒452b（都是通過開普勒空間望遠(yuǎn)鏡提供的數(shù)據(jù)鑒別出來的）——都接近于這些天文約束條件，幾乎每月的新聞報道中都提到“最‘類地行星”。

然而，這些令人眼花繚亂的文章通常沒有談到半徑、質(zhì)量和軌道本身是確定地球潛在姊妹的、較糟糕的參數(shù)。這里面缺少的是化學(xué)。遙遠(yuǎn)恒星的可見光——使用較小的望遠(yuǎn)鏡就能很容易獲得的信息——顯示，這些天體在化學(xué)成分方面有很大不同，有些恒星比我們的太陽擁有更多或更少的鎂、鐵或碳。這些關(guān)鍵的差異很可能在它們的伴行星的構(gòu)成上得以反映。

對生命來說，元素比值是至關(guān)重要的。礦物學(xué)家和地球化學(xué)家（包括我在卡內(nèi)基科學(xué)研究所的研究團(tuán)隊）最近的研究表明，構(gòu)成物的細(xì)微差別都可能意味著一個星球不適合生命生存。如果鎂太多，那么板塊構(gòu)造就不可能開始，因為鎂是生命營養(yǎng)循環(huán)必不可少的動力;如果鐵太少，那么星球就形不成磁場，而磁場是保護(hù)生命免受致命宇宙射線傷害必需的;如果水、碳、氮或磷太少，生命也不會存在。

那么，發(fā)現(xiàn)另一個地球的可能性有多大？從十幾個主要化學(xué)元素的角度來看，復(fù)制所有關(guān)鍵構(gòu)成參數(shù)的可能性是很小的，或許只有百分之一或千分之一的類地星球在構(gòu)成成分方面像地球。然而，據(jù)保守估計，宇宙中有大約1020顆星球在半徑、質(zhì)量和軌道方面類似地球，這么算下來，必定有數(shù)不勝數(shù)的星球類似我們的地球。

這一認(rèn)識應(yīng)該使我們駐足三思。只有人類想尋找地球伙伴，就像我們想尋找與我們有共同品位、共同信仰的朋友和愛人一樣。但是，如果我們碰到一個人（不是同卵雙胞胎之一）在每一個方面都和我們一模一樣——穿著一樣、有同樣的職業(yè)和愛好、使用同樣的特質(zhì)語言和體態(tài)語言，那將令人毛骨悚然。同理，如果我們發(fā)現(xiàn)一個同地球一模一樣的星球，我想也會令我們不安。

不用擔(dān)心，這不會發(fā)生。看看地球的礦物學(xué)。我們的最新研究顯示，盡管地殼擁有與任何可能的系外行星共同的礦物質(zhì)，但是大多數(shù)礦物種類是稀有的。實(shí)際上，在另一個類地星球上復(fù)制礦物細(xì)節(jié)幾乎是不可能的。如果地球的無生命礦物學(xué)是宇宙中唯一的，那么地球生物學(xué)必定更與眾不同。因此，在我們自信地尋找更多類地星球的同時，我們同樣確信的是，宇宙中只有一個地球。