外星人藏在哪裏？_風聞

原創：牧夫天文

當我們想到系外生命，很自然的會拿地球和地球生物的標準來作參照。基於這個模型我們總結出很多維繫生命的重要條件，並按照這些條件來評判可能存在的系外生命，今天讓我們跳出這個所謂的“地球2.0”模型。

藝術家假象的一個圍繞遙遠恆星運行的宜居帶行星。但是，一個與地球截然不同的遙遠世界也可能會孕育生命，宇宙中有太多不可思議的事情。

Credit: NASA AMES/JPL-CALTECH

地球上的生命不一定能夠在類地世界生存，而外星生命體也可能存在於非類地環境中。事實上，外星生命體很可能和地球上的完全不同，特別是在環境迥異的世界中。我們只能繼續搜尋來自宇宙深處的信息。

上圖是系外行星開普勒186f的藝術概念圖，它的環境很像地球，或者是早前還未形成生命時的地球。這個插圖完全是按照藝術家想象而設計的，但後來掌握到的數據並不支持這樣的影像。開普勒186f這樣的類地行星大多圍繞的並不是太陽這樣的恆星，但這不意味着它不能孕育生命。

Credit: NASA AMES/SETI INSTITUTE/JPL-CALTECH

常規的地球2.0模型

我們的地球是一顆岩石行星，有較為合適的輕重元素比例；擁有較為合適厚度和密度的大氣，以及構成生命的原材料；我們圍繞恆星運行的距離也較為合適，以至於擁有大洋和大陸；我們太陽的壽命足夠長久，允許生命得以孕育、分化、並進化出智慧生命。如果太陽距離過近，太陽風暴將帶走地球的大氣。

我們的地球尚未被潮汐鎖定，因此我們可以享有晝夜。並且，我們擁有月球這樣一顆大質量衞星，有助於穩定我們的地軸傾角。我們在外側軌道擁有像木星這樣的超大質量行星，它很大程度上降低了小行星撞擊地球的可能。上述種種因素就構成了常規意義的地球2.0模型——現在我們尋找系外生命的模型。

上圖右側是地球2.0的候選系外行星開普勒452b，左側是地球。雖然這是尋找類地行星的一個很好的開始，但是它的難度依然非常大，並且存在侷限性。

Credit: NASA/AMES/JPL-CALTECH/T. PYLE

近30年來，研究系外行星的技術不斷提升，我們已經發現非常多的候選天體，有的恆星具有類似太陽的特徵，也有行星具有類似地球的特徵。

上圖是開普勒空間望遠鏡發現的系外宜居帶行星。但系外生命模型並不一定非要有類似太陽這樣的恆星或是類似地球的宜居帶條件。

Credit: NASA/AMES/JPL-CALTECH

跳出地球2.0模型

科學家艾德里安(Adrian Lenardic)對尋找類地行星這種常規手段已經提出了質疑。科學歷程告訴我們，科學研究不應該被設限。宇宙充滿未知和驚奇，因此我們要打破固有思維定勢。

在沒有陽光的深海中，我們依然能夠在熱液空洞周圍發現生命體。因此，如何創造生命體完全是一個開放命題。如果這樣的環境下可以有生命，木衞二或土衞二的海洋中同樣可能存在生命。這有待更多的研究來揭開謎底。

Credit: NOAA/PMEL VENTS PROGRAM

在沒有陽光的深海中，我們依然能夠在熱液空洞周圍發現生命體。因此，如何創造生命體完全是一個開放命題。如果這樣的環境下可以有生命，木衞二或土衞二的海洋中同樣可能存在生命。這有待更多的研究來揭開謎底。因此，我們之前關於類地生物宜居環境的假設是錯誤的。正如以上實例説明陽光並不是維繫生命體的必要因素。

原來我們認為生命體不可能存在於富含砷的環境中，因為砷對於生命體是劇毒。但後來我們發現不僅存在生命體，甚至某種生命體依靠砷來進行生化作用。

原來我們認為複雜的生命體會在嚴苛的太空環境下喪生，但事實證明某些緩步動物在太空真空環境下“休眠”，而回到地球后“重生”了。

掃描電鏡下活動狀態的水熊蟲（緩步動物門）。它可以在太空真空狀態下“堅持”很久，回到水環境下恢復活動狀態。

Credit:SCHOKRAIE E, WARNKEN U, HOTZ-WAGENBLATT A, GROHME MA, HENGHERR S, ET AL. (2012)

這樣的話，木衞二、土衞二和海衞一都可能存在生命體，甚至遙遠的冥王星？冥王星雖然缺少陽光，但它擁有一個大質量夥伴卡戎，它施加於矮行星內部的潮汐力能夠提供額外的能量。

有些地外岩石世界雖然沒有足夠的大氣維持地表水，但依然可能存在大量地下水。以火星為例，目前的探測數據表明它擁有大量的地下水——潛在的生物生存環境。以金星為例，在它稠密大氣雲端大約60公里高度，它的温度和氣壓類似地球。

儘管金星的地表如煉獄一般，但在雲端它的pH值、温度和氣壓與地球相仿，因此，美國宇航局正在着手HAVOC(High-Altitude Venus Operational Concept)項目。

Credit: NASA

研究地外行星

現在，我們已經研究了大量紅矮星(M型矮星)，宇宙中大約75%-80%的恆星都是這一類。但令人沮喪的是這類恆星周圍貌似並不適合生命：

紅矮星將潮汐鎖定地球大小的岩石行星，以至於液態水形成和存在的時間較短(大約1百萬年或更短)。

紅矮星經常性地的爆發將輕易帶走周圍行星的大氣。

紅矮星的X射線強度較大，這顯然不利於地球上的這一類生命。

紅矮星的光芒缺乏高能級波段如紫外、黃/綠/藍和紫光，不利於光合作用，也就是不利於早期原始生命的誕生。

紅矮星系統內側行星被潮汐鎖定，一側永遠朝向恆星(如同月亮的一面永遠朝向地球)，我們並不確定這樣的行星是否可以有生命。

Credit: NASA/JPL-CALTECH

如果你因為上述原因就認為紅矮星系統不適合生命，那我們就錯失了很多研究機會，畢竟大約6%的紅矮星系統中擁有類地行星。

那讓我們重新審視一下紅矮星系統不利於生命的因素：一、潮汐鎖定。潮汐鎖定狀態下的行星不一定不能孕育生命。比如，它依然可能擁有磁場、擁有大氣和大氣作用。以金星為例，它持續產生新的大氣粒子，並沒有出現太陽風作用下的大氣消散現象。二、高強度X射線。生命機體依然可以生活在地表深處來抵禦它。三、缺少光合作用波段。地球上的生命體僅僅基於20種氨基酸，但根據現有科研數據，至少宇宙中還存在60種以上的其它氨基酸，並不能排除它們構成生命體的可能，原始的初等生命體也不一定非要藉助光合作用。

科學家在20世紀墜落在澳大利亞的默奇森隕石上發現了很多地球自然環境中並不存在的氨基酸成分，這帶給我們啓示：生命體的誕生是複雜的，宇宙尺度的多樣性是人們難以預料的。

Credit: WIKIMEDIA COMMONS USER BASILICOFRESCO

也許，圍繞大型行星運轉的衞星比類地行星更容易孕育生命；也許，液態水也不是生命體必須的生存環境，比如是否存在某種細胞在機體內直接利用水的可能？也許，同位素衰變、地熱甚至某些物質的化學能可以被生命體利用，這樣甚至沒有恆星供能也可能孕育生命？

當行星凌星時，行星會遮擋恆星的部分光芒，如果行星有大氣，透過大氣的星光或出現吸收譜線或發射譜線，科學家可以通過強大的觀測設備探測它，比如有機分子、氧氣等，這是目前研究系外行星的主要手段之一。

Credit: ESA / DAVID SING

宇宙中有很多“超級地球”處於合適的宜居帶，我們可以通過以下方法來研究它們：

通過行星凌星法，探測並分析經過行星大氣的光譜，從而瞭解它的物質構成。

我們可以通過直接影像分析，比如季節性的影像變化。

我們可以通過探測原子能、中微子或其他科技特徵信號，瞭解智能生物的存在。

著名的TRAPPIST-1系統藝術概念圖，但我們尚不清楚這個系統中宜居帶行星是否存在或曾經存在過大氣。

Credit: NASA/R. HURT/T. PYLE

宇宙中的生命是可貴的，但宇宙足夠寬廣，不管是空間還是時間尺度都遠遠超出人類常規認知。我們一方面按照地球宜居生命模型探索未知的系外生命，同時也要留心它的侷限性，宇宙中有太多意想不到的事情等待我們發現。

『天文時刻』 牧夫出品

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