原創(chuàng) 萬(wàn)物 把科學(xué)帶回家

撰文 沈夢(mèng)溪

國(guó)慶期間，國(guó)外的科學(xué)家們又搞了個(gè)大新聞：10月6日，德國(guó)和美國(guó)的科學(xué)家們?cè)凇短祗w生物學(xué)》上發(fā)文，聲稱“找到了24顆可能比地球更宜居的星球，并且在這些星球上可能有生命的存在”。這個(gè)新聞繼金星發(fā)現(xiàn)磷化氫的新聞之后，在各種營(yíng)銷號(hào)筆下又掀起了一波小高潮。

圖片僅作參考 圖/New york post

那么，為什么科學(xué)家們會(huì)這么熱衷于尋找宜居行星呢？

事實(shí)上，人類對(duì)地外生命的好奇心由來(lái)已久，但是真正開(kāi)始有計(jì)劃有目的性的進(jìn)行探測(cè)，還是要等到20世紀(jì)50年代。美蘇冷戰(zhàn)期間，美國(guó)與蘇聯(lián)爭(zhēng)相發(fā)射各種地外探測(cè)器，這些地外探測(cè)器覆蓋了太陽(yáng)系內(nèi)的八大行星、矮行星與小行星，我們?nèi)缃窈芏鄬?duì)于太陽(yáng)系的認(rèn)知都起源于美蘇冷戰(zhàn)期間的探測(cè)結(jié)果。同時(shí)，地面的天文學(xué)家們也試圖依靠射電望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行巡天，試圖尋找到外星人向外發(fā)射的電波。

JCMT射電望遠(yuǎn)鏡 圖/cosmos

這些射電望遠(yuǎn)鏡一度有了重大發(fā)現(xiàn)，它們從宇宙中接收到了一些以固定頻率向外發(fā)射的電磁波，這讓人們?cè)欢认萑肟駸嶂校詾槲覀冋娴陌l(fā)現(xiàn)了地外的智慧文明。但是這些電磁波很快被證明不過(guò)是脈沖星的固定頻率罷了。

脈沖星想象圖 圖/NASA

幾乎與此同時(shí)，科學(xué)家Drake在世界上地外生命的首次研討會(huì)上提出了用以估算銀河系中智慧生命存在概率的公式，這就是著名的Drake公式。在這個(gè)公式中，根據(jù)保守估計(jì)，地外智慧生命的保守估計(jì)在50~5000個(gè)。

Drake公式 圖/NASA，有修改

但是此后，在長(zhǎng)期尋找地外智慧生命發(fā)出的信號(hào)無(wú)果之后，人們的的期望值開(kāi)始降低，把目標(biāo)從“找到外星智慧生命”調(diào)整到了“找到外星生物”上面。當(dāng)然，這一個(gè)轉(zhuǎn)變與科技進(jìn)步，以及人們對(duì)于生命的認(rèn)識(shí)越來(lái)越深刻有關(guān)。

第一，從1953年米勒實(shí)驗(yàn)開(kāi)始，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)在還原性大氣中的無(wú)機(jī)物分子可以通過(guò)自然條件下的化學(xué)反應(yīng)生成有機(jī)物小分子，這些小分子包括多種生命所必須的氨基酸等，而后續(xù)更多科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)中也生成了更為復(fù)雜和多樣化的有機(jī)物，雖然到目前為止，科學(xué)家們尚未在實(shí)驗(yàn)條件下用這些有機(jī)物合成生命，但是這些實(shí)驗(yàn)無(wú)疑讓人們認(rèn)識(shí)到生命很可能就是在自然條件下，通過(guò)各種化學(xué)反應(yīng)而逐漸誕生的。

米勒實(shí)驗(yàn) 圖/9GAG

第二，1969年，一塊隕石在澳大利亞的小鎮(zhèn)Murchison降落，科學(xué)家們?cè)诘谝淮螜z測(cè)中就發(fā)現(xiàn)了5種氨基酸。隨著技術(shù)的進(jìn)步，在這塊隕石中又陸續(xù)檢測(cè)出組成核算的堿基，以及其他上千種有機(jī)分子。此后，科學(xué)家們又陸續(xù)在其他許多隕石中發(fā)現(xiàn)了有機(jī)物，當(dāng)然，這些有機(jī)物與地球上的有機(jī)物在結(jié)構(gòu)上是有差異的，但是這無(wú)疑證實(shí)了米勒實(shí)驗(yàn)的結(jié)論：形成有機(jī)物的化學(xué)反應(yīng)在宇宙中是廣泛存在的。

Murchison隕石 圖/Geocaching

第三，地質(zhì)學(xué)家通過(guò)全球性的海洋調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在全球大洋的洋底存在著大量的海底熱泉。這些熱泉位于海底火山附近，實(shí)際上是海水通過(guò)海底裂縫直接與巖漿進(jìn)行物質(zhì)交換后又重返地表形成的，因此富含各種礦物質(zhì)，這些礦物質(zhì)遇到冷水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成黑色或白色的沉淀物，看上去就像是黑/白煙囪一樣，因此也被稱為海底黑/白煙囪。在這些黑煙囪附近，各種無(wú)機(jī)物豐富，溫度在數(shù)十-數(shù)百度之間，在這里由于海水阻隔了強(qiáng)烈的紫外線，而且能夠提供長(zhǎng)期穩(wěn)定的環(huán)境，與此相比，米勒實(shí)驗(yàn)中的還原性大氣中雖然也能形成有機(jī)物，但是在地球這樣大氣層較薄的環(huán)境中，紫外線極為強(qiáng)烈，對(duì)于生命的形成極端不利，因此科學(xué)家們?cè)絹?lái)越開(kāi)始相信地球上的生命實(shí)際上誕生于海底熱泉附近。

海底熱泉及附近生物示意圖 圖/中國(guó)科學(xué)院

第四，生物學(xué)家們?cè)谌蚋鞯氐臉O端環(huán)境中發(fā)現(xiàn)了越來(lái)越多的極端微生物，開(kāi)始對(duì)于生命存在的條件有了新的認(rèn)識(shí)。比如在黃石公園的高溫溫泉中發(fā)現(xiàn)了能夠耐受60-80℃高溫的嗜熱菌，這在以往是不可想象的，因?yàn)槠毡檎J(rèn)為蛋白質(zhì)在超過(guò)60℃就會(huì)變性。此外，還發(fā)現(xiàn)了嗜鹽、嗜堿、嗜冷、嗜酸、嗜壓等各種極端環(huán)境中的微生物，它們廣泛地分布在以前我們認(rèn)為完全不可能有生命的永久凍原、極干旱沙漠、地下數(shù)公里高壓無(wú)氧環(huán)境、低氧高輻射平流層等極惡劣環(huán)境中。

各種極端微生物 圖/Nancy Merino

這些新認(rèn)識(shí)綜合起來(lái)，告訴我們這樣一個(gè)事實(shí)：地球生命極有可能起源于穩(wěn)定水環(huán)境下的化學(xué)反應(yīng)，而且生命遠(yuǎn)比我們想象的要堅(jiān)強(qiáng)，它們能在各種我們無(wú)法想象的極端環(huán)境中生存下來(lái)。這些新認(rèn)識(shí)也讓我們認(rèn)識(shí)到，外星生命很可能在宇宙中廣泛存在：只要存在/存在過(guò)水環(huán)境，就算環(huán)境稍微惡劣一點(diǎn)，但也有可能存在著能夠耐受這些惡劣環(huán)境的極端微生物。

與這些新認(rèn)識(shí)一起，有一個(gè)概念也開(kāi)始逐漸被越來(lái)越多人接受，這個(gè)概念就是宜居帶。什么是宜居帶呢？其實(shí)就是指某些行星在圍繞恒星運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，距離不遠(yuǎn)也不近，接收到的恒星熱量不會(huì)過(guò)多也不會(huì)過(guò)少，這樣行星上就能夠有適宜的溫度能夠存在液態(tài)水和生命。

綠色部分就是宜居帶，紅色區(qū)域過(guò)熱，藍(lán)色區(qū)域過(guò)冷 圖/NASA

宜居帶這個(gè)概念的出現(xiàn)，實(shí)際上還是由于人類科技水平有限。在尋找地外生命的過(guò)程中，前往各大行星進(jìn)行實(shí)地考察當(dāng)然是最理想的情況，但是我們現(xiàn)在的科技水平連發(fā)射探測(cè)器到太陽(yáng)系內(nèi)每一顆行星上進(jìn)行考察都是一件很困難的事情，所以我們現(xiàn)在能夠采取的地外生命探測(cè)手段非常有限，能夠做的就是遍地撒網(wǎng)，重點(diǎn)撈魚(yú)。

所謂的遍地撒網(wǎng)，就是利用位于地面或太空中的望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行遙感觀測(cè)。在遍地撒網(wǎng)的過(guò)程中，科學(xué)家們會(huì)重點(diǎn)標(biāo)注出一些生命存在的可能性比較大的行星，然后繼續(xù)對(duì)這些行星進(jìn)行長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)，繼而篩選出存在生命可能性最大的星球，在條件合適時(shí)發(fā)射探測(cè)器重點(diǎn)考察這些星球，這就是重點(diǎn)撈魚(yú)。而宜居帶內(nèi)的行星因?yàn)榇嬖谏目赡苄暂^大，天然就是重點(diǎn)撈魚(yú)的對(duì)象。

部分潛在宜居星球 圖/PHL

國(guó)慶節(jié)期間這些國(guó)外科學(xué)家們所發(fā)表的文章實(shí)際上就屬于撒網(wǎng)的過(guò)程，在茫茫星海中找到宜居帶內(nèi)的星球，以待將來(lái)我們科技水平達(dá)到以后發(fā)射探測(cè)器進(jìn)行重點(diǎn)撈魚(yú)。但是，在這個(gè)撒網(wǎng)的過(guò)程中，科學(xué)家們會(huì)遇到一個(gè)非常大的難題：行星不會(huì)發(fā)光！

我們目前對(duì)于遠(yuǎn)方恒星系的探索，主要依靠的還是望遠(yuǎn)鏡，但是由于系外行星離我們太遠(yuǎn)，連恒星發(fā)射出來(lái)的光線顯示在望遠(yuǎn)鏡中也只是一個(gè)小光點(diǎn)，那些不會(huì)發(fā)光的系外行星所能夠反射的恒星光線極為有限，所以我們無(wú)法用望遠(yuǎn)鏡直接看到這些行星，只能夠通過(guò)間接的方法測(cè)量這些行星的參數(shù)：比如這些行星在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)遮住恒星的部分位置，導(dǎo)致恒星光度發(fā)生變化(掩星現(xiàn)象)，我們就能以此判斷出行星的大小和公轉(zhuǎn)周期等。截至2014年，NASA通過(guò)這種方法才發(fā)現(xiàn)了1000顆左右的系外行星。

掩星現(xiàn)象，在太陽(yáng)系內(nèi)造成日蝕，在太陽(yáng)系外則可以幫助我們間接觀測(cè)系外行星 圖/Cfycat

正如上文所說(shuō)，這些行星運(yùn)行到系外恒星與地球之間，遮擋了系外恒星的部分光線，這時(shí)候我們會(huì)測(cè)量此時(shí)恒星的光譜數(shù)據(jù)。等到行星運(yùn)行到系外恒星背面以后，我們?cè)俅螌?duì)恒星光譜進(jìn)行測(cè)量，這樣，通過(guò)兩次測(cè)量就能夠大致得到該行星的溫度和大氣數(shù)據(jù)，這就是探測(cè)這些宜居帶行星是否宜居的主要方法。

所以，實(shí)際上我們目前所觀測(cè)到的所謂宜居行星，其觀測(cè)和計(jì)算的結(jié)果都是非常粗糙而且是間接的，它們是否真的宜居，真的要打很大的問(wèn)號(hào)。這種“宜居行星”現(xiàn)階段最大的意義，并不在于某些營(yíng)銷號(hào)所說(shuō)的外星殖民，而在于為未來(lái)的繼續(xù)研究做參考。

此外，此次的24顆所謂的“超宜居”行星離地球100光年以上，靠我們現(xiàn)在的技術(shù)條件想殖民？還是早點(diǎn)回家洗洗睡吧！

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原標(biāo)題：《發(fā)現(xiàn)了24顆比地球更宜居的行星，這些備胎靠譜嗎？》

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