外星人藏在哪里？

原创：牧夫天文

当我们想到系外生命，很自然的会拿地球和地球生物的标准来作参照。基于这个模型我们总结出很多维系生命的重要条件，并按照这些条件来评判可能存在的系外生命，今天让我们跳出这个所谓的“地球2.0”模型。

艺术家假象的一个围绕遥远恒星运行的宜居带行星。但是，一个与地球截然不同的遥远世界也可能会孕育生命，宇宙中有太多不可思议的事情。

Credit: NASA AMES/JPL-CALTECH

地球上的生命不一定能够在类地世界生存，而外星生命体也可能存在于非类地环境中。事实上，外星生命体很可能和地球上的完全不同，特别是在环境迥异的世界中。我们只能继续搜寻来自宇宙深处的信息。

上图是系外行星开普勒186f的艺术概念图，它的环境很像地球，或者是早前还未形成生命时的地球。这个插图完全是按照艺术家想象而设计的，但后来掌握到的数据并不支持这样的影像。开普勒186f这样的类地行星大多围绕的并不是太阳这样的恒星，但这不意味着它不能孕育生命。

Credit: NASA AMES/SETI INSTITUTE/JPL-CALTECH

常规的地球2.0模型

我们的地球是一颗岩石行星，有较为合适的轻重元素比例；拥有较为合适厚度和密度的大气，以及构成生命的原材料；我们围绕恒星运行的距离也较为合适，以至于拥有大洋和大陆；我们太阳的寿命足够长久，允许生命得以孕育、分化、并进化出智慧生命。如果太阳距离过近，太阳风暴将带走地球的大气。

我们的地球尚未被潮汐锁定，因此我们可以享有昼夜。并且，我们拥有月球这样一颗大质量卫星，有助于稳定我们的地轴倾角。我们在外侧轨道拥有像木星这样的超大质量行星，它很大程度上降低了小行星撞击地球的可能。上述种种因素就构成了常规意义的地球2.0模型——现在我们寻找系外生命的模型。

上图右侧是地球2.0的候选系外行星开普勒452b，左侧是地球。虽然这是寻找类地行星的一个很好的开始，但是它的难度依然非常大，并且存在局限性。

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

近30年来，研究系外行星的技术不断提升，我们已经发现非常多的候选天体，有的恒星具有类似太阳的特征，也有行星具有类似地球的特征。

上图是开普勒空间望远镜发现的系外宜居带行星。但系外生命模型并不一定非要有类似太阳这样的恒星或是类似地球的宜居带条件。

Credit: NASA/AMES/JPL-CALTECH

跳出地球2.0模型

科学家艾德里安(Adrian Lenardic)对寻找类地行星这种常规手段已经提出了质疑。科学历程告诉我们，科学研究不应该被设限。宇宙充满未知和惊奇，因此我们要打破固有思维定势。

在没有阳光的深海中，我们依然能够在热液空洞周围发现生命体。因此，如何创造生命体完全是一个开放命题。如果这样的环境下可以有生命，木卫二或土卫二的海洋中同样可能存在生命。这有待更多的研究来揭开谜底。

Credit: NOAA/PMEL VENTS PROGRAM

在没有阳光的深海中，我们依然能够在热液空洞周围发现生命体。因此，如何创造生命体完全是一个开放命题。如果这样的环境下可以有生命，木卫二或土卫二的海洋中同样可能存在生命。这有待更多的研究来揭开谜底。因此，我们之前关于类地生物宜居环境的假设是错误的。正如以上实例说明阳光并不是维系生命体的必要因素。

原来我们认为生命体不可能存在于富含砷的环境中，因为砷对于生命体是剧毒。但后来我们发现不仅存在生命体，甚至某种生命体依靠砷来进行生化作用。

原来我们认为复杂的生命体会在严苛的太空环境下丧生，但事实证明某些缓步动物在太空真空环境下“休眠”，而回到地球后“重生”了。

扫描电镜下活动状态的水熊虫（缓步动物门）。它可以在太空真空状态下“坚持”很久，回到水环境下恢复活动状态。

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

这样的话，木卫二、土卫二和海卫一都可能存在生命体，甚至遥远的冥王星？冥王星虽然缺少阳光，但它拥有一个大质量伙伴卡戎，它施加于矮行星内部的潮汐力能够提供额外的能量。

有些地外岩石世界虽然没有足够的大气维持地表水，但依然可能存在大量地下水。以火星为例，目前的探测数据表明它拥有大量的地下水——潜在的生物生存环境。以金星为例，在它稠密大气云端大约60公里高度，它的温度和气压类似地球。

尽管金星的地表如炼狱一般，但在云端它的pH值、温度和气压与地球相仿，因此，美国宇航局正在着手HAVOC(High-Altitude Venus Operational Concept)项目。

Credit: NASA

研究地外行星

现在，我们已经研究了大量红矮星(M型矮星)，宇宙中大约75%-80%的恒星都是这一类。但令人沮丧的是这类恒星周围貌似并不适合生命：

红矮星将潮汐锁定地球大小的岩石行星，以至于液态水形成和存在的时间较短(大约1百万年或更短)。

红矮星经常性地的爆发将轻易带走周围行星的大气。

红矮星的X射线强度较大，这显然不利于地球上的这一类生命。

红矮星的光芒缺乏高能级波段如紫外、黄/绿/蓝和紫光，不利于光合作用，也就是不利于早期原始生命的诞生。

红矮星系统内侧行星被潮汐锁定，一侧永远朝向恒星(如同月亮的一面永远朝向地球)，我们并不确定这样的行星是否可以有生命。

Credit: NASA/JPL-CALTECH

如果你因为上述原因就认为红矮星系统不适合生命，那我们就错失了很多研究机会，毕竟大约6%的红矮星系统中拥有类地行星。

那让我们重新审视一下红矮星系统不利于生命的因素：一、潮汐锁定。潮汐锁定状态下的行星不一定不能孕育生命。比如，它依然可能拥有磁场、拥有大气和大气作用。以金星为例，它持续产生新的大气粒子，并没有出现太阳风作用下的大气消散现象。二、高强度X射线。生命机体依然可以生活在地表深处来抵御它。三、缺少光合作用波段。地球上的生命体仅仅基于20种氨基酸，但根据现有科研数据，至少宇宙中还存在60种以上的其它氨基酸，并不能排除它们构成生命体的可能，原始的初等生命体也不一定非要借助光合作用。

科学家在20世纪坠落在澳大利亚的默奇森陨石上发现了很多地球自然环境中并不存在的氨基酸成分，这带给我们启示：生命体的诞生是复杂的，宇宙尺度的多样性是人们难以预料的。

Credit: WIKIMEDIA COMMONS USER BASILICOFRESCO

也许，围绕大型行星运转的卫星比类地行星更容易孕育生命；也许，液态水也不是生命体必须的生存环境，比如是否存在某种细胞在机体内直接利用水的可能？也许，同位素衰变、地热甚至某些物质的化学能可以被生命体利用，这样甚至没有恒星供能也可能孕育生命？

当行星凌星时，行星会遮挡恒星的部分光芒，如果行星有大气，透过大气的星光或出现吸收谱线或发射谱线，科学家可以通过强大的观测设备探测它，比如有机分子、氧气等，这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“超级地球”处于合适的宜居带，我们可以通过以下方法来研究它们：

通过行星凌星法，探测并分析经过行星大气的光谱，从而了解它的物质构成。

我们可以通过直接影像分析，比如季节性的影像变化。

我们可以通过探测原子能、中微子或其他科技特征信号，了解智能生物的存在。

著名的TRAPPIST-1系统艺术概念图，但我们尚不清楚这个系统中宜居带行星是否存在或曾经存在过大气。

Credit: NASA/R. HURT/T. PYLE

宇宙中的生命是可贵的，但宇宙足够宽广，不管是空间还是时间尺度都远远超出人类常规认知。我们一方面按照地球宜居生命模型探索未知的系外生命，同时也要留心它的局限性，宇宙中有太多意想不到的事情等待我们发现。

『天文时刻』 牧夫出品

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