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人类寻找外星生命的三个希望

编者按:茫茫宇宙中,孤独的人类一直在寻找自己的伙伴,虽然已知银河系中其他星球存在有机分子,但我们仍未看到除自己以外的其它生命迹象,本文作者提出了三种截然不同的方法,可用于寻找地球之外不同形式的宇宙生命。

在星际空间以及行星上,原子可以连在一起形成分子,包括有机分子和生物进程在内。如果生命的成分无处不在,那生命也有可能无处不在。(詹妮·莫塔尔(Jenny Mottar))

生命的成分无处不在,到目前为止,我们所知道的唯一生命来自地球,但现在情况可能会有些改变。

自从人类第一次把自己的眼睛转向天空,看到我们地球家园以外的行星、恒星和星系时,我们就对外星生命存在的可能性充满期待。然而,当我们科学地处理这个问题时,我们还在等待首次确认地球以外是否真的存在生命。我们在地球上看到的复杂、不同的生命形态,是40亿年进化的结果,在宇宙中生命的成分也是无处不在。我们已经开始在太阳系的其他地方,在星际空间中,甚至在其他恒星周围发现有机分子。要到什么时候我们才能见到生命的最初迹象?我们目前正在寻找的有四种方法,谁都不知道哪一种会首先结出果实。

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陨石ALH84001中的结构,它来源于火星。有些人认为这里显示的结构可能是远古火星生命。(NASA, 1996)

为了构建生命,我们需要生命过程所需要的基本要素,即周期表上的基础元素,并且通过几代恒星燃烧核燃料才能产生。我们发现周围有岩石行星围绕的恒星比地球古老了70亿年,它们都有生命所必需的重元素,实际上地球大小的、围绕母星的潜在宜居世界遍布整个银河系。我们发现了有机分子,包括糖分、氨基酸、再到甲酸乙酯(这种分子能赋予覆盆子香味),它们存在于小行星、年轻恒星、原行星圆盘、甚至分子气体云上。

有机的、赋予生命的分子的特征遍布整个宇宙,包括在最大的、附近的恒星形成区域:猎户座星云。不久的将来,我们可能会在其他星球周围地球大小的星球的大气层中寻找生物特征。(欧洲航天局(ESA), HEXOS and the HIFI consortium; E. Bergin)

总之,我们估计仅在银河系中就有超过1万亿 (10^12) 个行星,因此生命就有可能存在于我们的银河系中。但是行星上的生命成分,和实际上真正的外星生命之间有很大的区别。我们还不知道除了在地球上的发现以外,宇宙中是否还有其他生命实例。尽管科学家们强烈怀疑,有着相似的成分和相同的自然规律,宇宙中只有地球存在生命的情况似乎是极不可能的,但在得到证据之前,我们还不能得到结论。此外,我们还没得到最关键的科学问题的答案,即我们如何从无生命走向有生命?

有机的、赋予生命的分子的特征遍布整个宇宙,包括在最大的、附近的恒星形成区域:猎户座星云。不久的将来,我们可能会在其他星球周围地球大小的星球的大气层中寻找生物特征。(欧洲航天局(ESA), HEXOS and the HIFI consortium; E. Bergin)

我们存在于地球就足以证明这件事是可以发生的,可以想象,如果生命出现在宇宙中其它地方,那它可能达到三个不同的层次:

1. 生命诞生于某个世界,但并不能持续,茁壮成长,或永恒。

2. 生命繁荣,维持,并能持续几十亿年,在那里它引起了世界表面性质的巨大变化。

3. 生命变得智能,科技先进,那要么是爱交际的,要么是爱太空旅行的,或者两者兼而有之。

显然,更高层次的可能性更令人兴奋,但也可能更罕见。然而,有时罕见的东西是最容易找到的,因为它们会引人注目地与其他一切相抗衡。这里有几个不同的方法,可以用于寻找这些非常不同的生命形式,给人类提供了寻找地球之外宇宙生命的三种截然不同的希望。

在土卫二(Enceladus)海洋中寻找生命的最吸引人的,也是最不耗费资源的想法之一,是通过类似间歇泉的火山喷发,收集样本,并对其进行有机物分析。(NASA/卡西尼惠更斯任务/成像科学子系统)

1)太阳系。尽管地球上的生命在地球上繁衍了数十亿年,但其他世界似乎并没有那么繁荣。如果任何其它地方存在生命,那它可能还没有超越我们所认为的最原始的状态。火星和金星可能拥有湿润的、适宜的、类似地球的过去,但是今天火星寒冷而贫瘠,而金星是一个恶劣的、云层覆盖的地狱。落在地球上的陨石不仅含有生命过程中的氨基酸,而且还含有许多其他不涉及地球生物过程的氨基酸。像木卫二(Europa)和土卫二(Enceladus)这样的卫星可能有液态的地下海洋,提供了类似于地球海洋底部的热液喷口的条件,往往在这种热液喷口充满了生命。

地球上的海底深处,在没有阳光照射的热液喷口周围生命依然旺盛。如何从没有生命创造生命,是当今科学界悬而未决的一个大问题,但如果生命可以存在于这里,也许在木卫二或土卫二的海底,也有类似的生命。(美国国家海洋和大气局(NOAA)/太平洋海洋环境实验室(PMEL)喷口项目)

尽管无论是过去还是现在,我们都从未在另一个世界上找到过生物证据,但这种可能性是诱人的。火星上有沉积岩,是由过去的水环境形成的,当我们进行调查时,我们能否在那里找到化石记录?木卫二和土卫二要在冰层下有整个海洋需要调查,它们的水域中会有微生物或其他更好的东西吗?甚至有人认为,在陨石碎片中发现的硅藻是一种原始的生命形式,可能来源于外星而不是地球。这是我们可以想象到的最低级的生命形式,但是我们有很多的优势,我们可以通过物理世界来接近、参观或测量。如果原始的、简单的生命无处不在,那么彻底地研究我们的太阳系,我们终能发现它。

地球上反射的阳光,以及通过大气层吸收的阳光,是人类目前正在开发的两种技术,用来测量遥远世界的大气含量和表面性质。在未来,这也可能包括对有机特征的搜索。(麦尔马克(Melmak) / pixabay网站)

2)寻找围绕其他恒星的系外行星。在过去的25年中,系外行星的科学领域已经从婴儿期爆发成为宝藏区,现在已知有数以千计的行星存在于太阳之外的恒星周围。这些星球中有很多是小型的,岩质的,假设它们有地球类似规模的大气层,并且在恒星的合适距离上,它们表面上应该会存在液态水。如果太阳系里存在生命,我们将无法探测到它们上的单个微生物或化石,但如果生命继续存在并茁壮成长,那我们可以使用一种间接的方法,即寻找生命对外星星球大气层所产生的改变。

当一颗行星在它的母恒星前面经过时,如果有大气层存在,光线不仅会被阻挡,也会在光线通过时过滤部分光线,产生足够复杂的天文台能够探测到的吸收或发射谱线。如果行星上存在有机分子或大量分子氧,我们可能也能找到。(欧洲航天局(ESA)/大卫·辛(David Sing))

地球是我们知道的唯一拥有大量分子氧的行星,地球大气中21%的成分是O2。为什么会这样呢?数十亿年来,生命将这种生物废产物添加到我们的大气中,我们认为氧气对生命是必不可少的,但这只是因为动物进化到可以利用这种成分来进行有氧呼吸,并能很好地利用了这种丰富的分子。随着我们技术的不断进步,我们希望能够测量外部行星大气中的分子特征,甚至可能直接给系外行星成像,以寻找云、海洋、季节和大陆绿化。我们有充分的理由相信,如果我们以正确的方式看待,另一个世界的生命应该在本世纪与我们见面。

巨大的发射机可以从外星人前哨中发出可感知的无线电信号,但是在一些人的想象中,可能会是光信号。(史蒂夫·约佛森(Steve Jurvetson),美国门洛帕克)

3)寻找智慧外星人信号。地球上,在第一个多细胞生物进化之前,我们已经拥有了数十亿年的单细胞生命。从寒武纪爆炸开始,经过5亿多年的时间,地球上出现了复杂的、多细胞的、分化良好的生命,直到一种智慧的、技术先进的文明脱颖而出。然而,人类已经开始向恒星广播信号,并且已经达到了这样的程度,如果有足够能量的广播,我们就可以探测到智能外星人痕迹。SETI (寻找外星智慧),以及其积极扩展的副本METI (向外星智慧传递消息)代表了对所有外星人的最高风险、最高回报的搜索。

长期以来,人们一直认为第一次探测到外星智慧生物将来自无线电波,但是快速的无线电波连发可能不会是这个信号。如果外星生命存在的话,我们仍在努力寻找它的踪迹。(丹尼尔·法特瑟拉(Danielle Futselaar))

20世纪60年代,我们假设外星人会尝试用无线电波进行通信。但50年后,我们就不那么确定了。什么样的外星信号可能会存在?我们该怎么解码他们?他们将如何传送或接收星际信号?他们是否有可能成为一种太空文明,能够在星际间长途跋涉?像“突破星空计划”(Breakthrough Starshot project)这样的想法,已经把这种最后的可能性从科幻小说变成了现实生活的可能性。如果某个信号,或者更好是某艘宇宙飞船到达地球,这将是自我们第一次将目光投向天空以来,我们对宇宙,以及我们在宇宙中位置的理解的最大转变。

“航行者号”的金唱片(图右)的镀金铝制外壳(图左)既保护它不受微陨石的轰击,也提供了一个播放它和破译地球位置的钥匙。(NASA)

虽然目前这只是猜测,但科学家确实推测宇宙中的生命可能是普遍的,因为生命的组成成分和形成机会几乎无处不在。在某个世界上,生命能够茁壮成长并维持自己,直到改变其大气和/或表面特性,可能需要运气,但也是不寻常的,但进化成复杂的、分化的、多细胞的生物的确可能更加罕见。就我们所认为的一个智慧的、技术先进的文明而言,这可能是非常了不起的,以至于在整个宇宙中,可能就只剩我们自己了。然而,尽管这些结果有多么不同,我们仍在以非常不同的方式积极地寻找这三种类型的生命。当外星生命的第一个迹象终于被发现时,哪种方式必将能取得最后的胜利?

无论哪种方式先得到结果,那天都将成为地球生命历史上最伟大的一天。

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