人類最應該去哪尋找外星生命？

人類最應該去哪尋找外星生命？

33年前人們認為火星是地球以外唯一一顆可能曾有生命的行星。但1976年美國海盜1號(viking 1)飛船在火星上降落，它並沒發現可支持“火星上存在生命”的明顯的生物活性跡象，而且海盜1號發回地球的照片，展示了一個荒涼、寒冷的世界。

那麽在33年後人們的觀點又發生了什麽變化呢？根據美國探索雜誌刊載，現在由於科學家在外太空發現大量有可能存在生命的天體，人們對宇宙生命的觀念開始發生轉變，認為火星並非地球以外唯一一顆可能曾有生命存在的行星。很多最新探測發現都指向“適居帶”，認為在那裏可能會找到外星生命。

今年4月，對土星的衛星——土衛二進行的最新研究獲得的成果，展示出在這顆衛星崎嶇不平的表麵下隱藏著暖水海洋。而在之前，從沒有人認為這顆直徑大約是300英裏的衛星有什麽與眾不同之處。現在土衛二跟木星的衛星——木衛二一樣，都是太陽係裏似乎存在液態水和構成生命的物質的地方。

太陽係適居帶

一直以來，水是尋找生命的導向原則，科學家認為：適合的溫度、岩質行星和表麵擁有液態水等條件的天體，才能成為生命的家園。如果這樣考慮，這樣的世界隻能存在於我們的太陽係裏。

如果根據這有利的氣候條件來定義“適居帶”，加州大學聖克魯茲分校的葛列格·拉弗林認為，“那麽可在太陽周圍進行搜索的範圍非常有限。”要是根據有沒有水的觀點來判斷，在我們的太陽係裏沒有其它地方適合生命生存。即使很多其它恒星也擁有太陽係，但是正好位於適合生命生存的軌道上的行星少之又少。

天體生物學領域的先驅克裏斯·麥克卡伊說：“每個人都不希望看到這種結果。人們發現有一些細菌變種並非從地球表麵獲得食物、氧氣，也不依靠照射到地球表麵的陽光。”

這些最新發現的生命形式——“極端微生物(extremophiles)”生活的條件是如此惡劣，50年前的生物學家做夢也想不到能有生命可在這種環境下生存。然而對麥克卡伊來說，這些生物並不是最令人感到興奮的極端微生物類型。他說：“它們仍然依靠通過陽光間接生成的氧氣。”

與之相比，更加引人注意的細菌是那些在很深的地下繁衍生息的類型。一種細菌生活在南非5英裏深的金礦內部。麥克卡伊說：“這些生物從我們從沒想到的來源獲得能量。南非極端微生物細菌是從岩石裏不穩定的放射性原子獲得能量。陽光和地表水對它不起任何作用。這種情況非常令人吃驚。”

極端微生物從非太陽能源獲得能量的事實，說明外星生命也可能生活在類似環境下，在遠離地表水和陽光的地下很深的地方繁衍生息。這項極端微生物發現跟以前的研究結果正好相符，以前的研究顯示，太陽係可能擁有很多人們以前根本沒有想到的溫暖潮濕的地區。麥克卡伊說：“可居行星並不一定非得像地球一樣。這些發現最大限度地擴展了我們對適居帶的理解。”

最近的發現也顯示，微生物的忍耐性比我們認為的更強，這意味著即使那些跟地球不是特別相像的行星，可能也適合生物生存。宇宙中的適居帶似乎非常龐大，裏麵可能充滿了生命。

近來在土衛二上發現的間歇泉，再一次驚醒了行星科學家，使他們想弄清楚是否在太陽係周圍有更多這種熱鬧地帶。這些地方缺少陽光，跟地表沒有聯係，但是一些生命顯然非常喜歡這樣的環境。麥克卡伊說：“當你在木衛二和土衛二地表下發現液態水，並把它與我們對陸地極端微生物的理解結合在一起時，你就會明白為什麽‘適居帶’的定義必須發生改變了。”

銀河適居帶

天體生物學家開始留意我們周圍的星係後，尋找適居帶的範圍開始變得更廣。銀河包含大約2000億顆恒星。現在我們隻知道一小部分恒星擁有行星，這一小部分可能就包含無數個世界。

研究顯示，星係中最明亮、最熱、最重的恒星對行星和生物都是至關重要的。它們是宇宙的關鍵性重元素的唯一來源，例如矽(地殼裏超過四分之一的物質都是矽)、鉀(對細胞活性至關重要)和鐵(我們血液裏的這種元素負責攜帶氧氣)。這些元素為恒星鑄成了炙熱的核熔爐。龐大恒星以超新星爆炸的方式結束生命，這個過程會向太空噴發大量重元素，然後這些元素不斷結合，再次形成下一代恒星，並為行星形成播下種子。

龐大恒星促使適居帶形成的同時，也限製了銀河適居帶的內側範圍。超新星爆炸產生和釋放的重元素也釋放出大量高能放射物，例如伽馬射線、X射線和紫外線。這些恒星爆炸對距離恒星幾十光年的行星都能產生致命影響。銀河擁擠的中心地帶擁有大量龐大的恒星和超新星，因此這裏生出複雜的生命形式並非不可能。不過目前要解決的首要問題是，超新星爆炸會產生多壞的影響。

銀河中的適居帶數量主要根據生命對強劑量的放射物如何做出反應而定。林維弗和他的同事們認為，放射物毒害使銀河內側20%的地方無法支援生命生存，這個區域包含大約星係中的一半恒星。

堪薩斯州立大學的艾德裏安·米洛特說：“每隔6200萬年，地球上的生物多樣性就會出現問題。”　他的研究有力地支持了其他科研組的研究成果，生物大量滅絕，生命力下降，似乎遵循著一定的周期。

米洛特把生物多樣性的改變跟我們銀河中的太陽和行星運動聯係在一起。他說：“太陽在圍繞銀河運行的同時，也會出現上下波動，讓星係平麵舉起，然後再讓它落下。每一次太陽升起，向銀河盤的北邊移動時，我們的生物多樣性就會下降。”

據米洛特說，當銀河從星際物質間通過時，它前麵會形成強大的衝擊波。衝擊波產生的高能粒子被稱作宇宙射線，這種射線能擾亂生物分子，破壞 DNA，使它無法被修複。通常情況下銀河的磁場保護我們不被放射物傷害。但是每隔6200萬年，太陽就會向危險區域的邊緣靠近。

米洛特總結說：“我們希望獲得足夠的放射物來促使新生命形式得到發展，但是我們不需要很多放射物，以至於消滅整個地球。”

臨時適居帶

米洛特有關大量消亡的假設闡述了適居帶如何可以用空間進行測量，同時也可以用時間進行測量。根據他的假設，有關生命存在的“何時”與“何處”這兩個問題同等重要。在此過程中，超新星也扮演了重要角色。在大炸彈孕育宇宙之時，新生的宇宙幾乎完全由氫和氦構成。此時是形成行星的絕好時機而不是生命。

碳、氧、鐵以及其他元素不得不等待恒星——尤其是大質量恒星——通過核聚變形成更重的元素。這些已處理的元素在恒星風或者超新星爆炸中逃離，隨後又被後代的恒星“捕獲”。以這種方式積累形成生命所需元素需要數十億年之久。整個宇宙已經有137億年曆史，可能在最初的幾十億年時間裏，宇宙完全是一個不適合生命居住的區域。

一旦宇宙中充斥著大量重元素，形勢便會逆向發展，恒星孕育生命的能力也遭到限製。體積中等的恒星——太陽壽命為100億年，此時的它大約已經“ 星到中年”。在另一個50億年時間裏，太陽將膨脹成一顆紅巨星並吞噬我們的地球或者烘烤地球表麵使其凝結。在最短10億年時間裏，太陽逐漸增加的發光度可能讓地球變成生命無法承受的所在。

慶幸的是，暗淡的紅矮星能夠潛在地支持類似地球的行星在很大程度上孕育臨時適居帶。紅矮星是迄今為止在我們的銀河係裏發現的最為普通的恒星，以前科學家曾認為在這些地方可能不會找到類地行星，但是最新研究結果正好與之相反。極端微生物告訴我們，生命或許能在不太跟我們的地球一樣的行星上生存下來。

在這些恒星中，亮度最低同時也最“節儉”的成員壽命可能達到 10萬億年之久，是太陽的1000倍。當前的研究顯示，宇宙的擴張可能是永久性的。如果事實果真如此，我們熟知的宇宙——充滿恒星同時也可能充滿生命的 ——在永無止境的冰冷、黑暗的虛無狀態將隻是一個瞬間。不過別擔心，最新物理學理論指出，另一個適居帶將允許生命在最後一顆恒星死亡之後繼續存在下去。

多元宇宙適居帶

目前，最大的適居帶並不是我們認為中的宇宙，而是假設中的宇宙中的宇宙，也就是宇宙學家所說的多元宇宙。在我們的宇宙變得一片昏黑之後，另一個或者多個宇宙將負責將生命之火繼續傳遞下去。

通常所說的宇宙是指我們能夠觀察到的一切，其中包括控製它的物理學定律。數量驚人的宇宙可能正如科幻小說和影片所描述的那樣，而我們這個宇宙隻是千千萬萬宇宙中的一個。現在，宇宙學家正利用一項名為“暴脹”的理論創建多元宇宙模型。

在一些宇宙學家看來，暴脹也可以在其它時間在其它地方出現，當時發生了其它創世時刻並隨後經曆自身的暴脹，成為單個的小型宇宙。物理學家將這種增殖現象稱之為“永恒暴脹”。這種永恒性導致單個宇宙數量達到近乎無窮多的程度，每一個宇宙都擁有屬於自己的物理學定律。

雖然尚未發現存在這些多元宇宙的證據，但這並不能阻止理論學家對此進行各種各樣的推測。

黑洞孕育新宇宙

上世紀90年代初，加拿大安大略省沃特盧的普裏美特理論物理學研究所理論物理學家李·斯莫林(Lee Smolin)，提出了一個多元宇宙模型，這個模型在很大程度上有別於暴脹宇宙論的小型宇宙。他的模型關注的是黑洞歪曲時間和空間的方式。自上世紀60年代以來，一些理論學家便開始傳播這一想法，當時一顆大質量恒星塌陷成一個黑洞，黑洞可能孕育出一個新的宇宙。

黑洞產生的宇宙在很大程度上有別於與永恒暴脹有關的宇宙。在暴脹的情況下，有關一個宇宙與另一個宇宙的物理學之間沒有任何聯係。斯莫林指出，這個黑洞模型在很大程度上趨向於確定類型的物理學。他說：“任何產生更多黑洞的宇宙都將形成更為危險的宇宙。它的物理學將遺傳給自己的女兒。”

斯莫林的模型擁有兩大重要優勢。首先，它解釋了我們的宇宙為何擁有當前的物理學定律，其次，它解釋了為什麽我們的物理學定律允許生命存在，原因在於：允許恒星存在的元素恰好與允許地球生命生物學存在的元素一致。

實際上，斯莫林的模型還擁有第三個優勢。斯莫林指出，他的黑洞多元宇宙假設能夠進行檢驗。能夠孕育最多數量黑洞的宇宙也擁有最多後代，我們的宇宙應該是形成黑洞的最理想選擇。他說：“這一理論是可以驗證的。如果觀測結果與我的預測相矛盾，這一理論就是錯誤的。”如果斯莫林是正確的，便說明我們不僅僅生存於一個宇宙，而是一個完整的可能充滿生命的多元宇宙，即一個不受束縛的適居帶。

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