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向外太空播种生命
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Stephen Battersby 文 Shea 编译 |
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如果其他的行星上没有生命，那就送一点儿去那里。 地球的第一次星际远征似乎是一场灾难。在漫长的旅途中，绝大多数的乘客都死于辐射病。当太空船最终抵达目的地时，它一头栽在了一个荒凉的行星表面。密封舱开裂，渗入的外星空气又结果了许多剩下的远征队员。在接下去的日子里，少数幸存者中一些死于了当地极端的温度，而另一些也在饮用了酸性的池塘水之后毙命。 但有一个体格强壮的活了下来。不久又有甚至更好的消息传来：我们的探险队员分裂成了两个个体。这是地球生命首次在外星球繁殖。其后代变异并开始适应这个新家，最终遍及整颗行星，同时也演化成了新的生命形式。这对于一个细菌而言是一小步，但对于整个细菌界而言则是巨大的飞跃。  [图片说明]：向太阳系外行星播种的概念图。 为什么要把人换成细菌呢？这是因为人类前往其他恒星的梦想虽然并非不可能，但却极有可能不可行。 如果我们不能亲自去，那我们可以招募我们的单细胞远亲前往。现在人类正处于有能力把微生物送往其他星球的边缘，往宇宙中播种出大量的生命也许可以赋予我们自己存在的意义。 这个把简单生命形式从一颗行星送往另一颗行星的想法其实并不新鲜。从19世纪开始，科学家就已经在争论生命是否能在恒星间的长途旅行中幸存下来。20世纪70年代科学家再度开始关注这个问题。当时正值冷战和核军备竞赛的高潮，那个时候的问题是人类是否能幸存下来？如果宇宙中只有地球拥有生命，那随着地球最终被毁灭，所有的生命也会随之而去。于是有人得出结论，解决的办法是向宇宙播种生命。 方法是用太阳帆来驱动装满微生物的宇宙殖民舰队。2009年日本发射了一个太阳帆航天器。根据计算，通过借助太阳的引力，它可以加速到每秒150千米的速度。 那么第一批先头部队该被派往哪儿呢？最显然的目标是和地球相似的年轻而温暖的岩质行星。虽然目前还没有发现这类行星，但它们也许很快就会被美国宇航局2009年发射的开普勒空间望远镜所发现。播种任务要把一艘飞船送入围绕其宿主恒星的轨道，从那里它再向外发射数百万个“种子胶囊”，其中一些最终会落到目标行星上。 但这个任务并不容易。如此遥远的恒星目标需要极为精确地制导。更为关键的是太空飞船需要减速才能进入环绕目标恒星的轨道。它可以利用目标恒星的星光对太阳帆的作用来减速，但目前还不清楚在没有主动导航系统的情况下是否能做到这一点，毕竟导航系统工作的时间很难达到几万年。  [图片说明]：太阳帆被认为是向太空进行播种的理想方式。版权：NASA。 此时，一个较“软”的目标也许是更理想的选择。例如距离地球63光年的绘架β，在这颗年轻恒星的周围有一个由气体和尘埃组成的盘。接下去就是用“菌海”战术。发射数十亿艘小型殖民飞船，其中只有一小部分会最终抵达。每一艘飞船上装有一个胶囊，其中有100,000个被干冻的细菌。这个胶囊的直径只有40微米，其上方的太阳帆直径则不大于4毫米。当到达目的地时，气体、尘埃盘中的气体会使它们减速。随着彗星和岩质天体在这个盘中形成，这些种子就会夹杂到里面，其中的少数最终会落到行星的表面。 这一旅程要花很长很长的时间。即便以每秒150千米的速度，去往绘架β也要花超过120,000年的时间。活体组织能经得起这么长的太空旅行吗？这是一个仍有待解答的大问题。 干冻细菌可能是生存能力最强的星际殖民者。在地球上的实验室里它们经常被用作长期保存。一些细菌可以使得自己脱水，变成坚硬的休眠形式，被称为内孢子。有人声称，在被从禁锢了4,000万年的琥珀或者是2.5亿年的盐晶体中取出来之后，内孢子仍可以复生。但即便某些细菌能在地球上休眠几亿年，它们似乎也不太可能在太空中幸存。 到达时的阵亡 一大威胁是宇宙线。它们是穿行于宇宙中的高能带电粒子，可以击碎脱氧核糖核酸（DNA）。地球大气和太阳风保护了我们免受绝大部分宇宙线的侵袭，但在星际空间种子胶囊中的微生物会在没有保护的情况下面对它们。 我们知道，微生物在这种环境下至少可以存活几年。在国际空间站外细菌存活了超过18个月。更长时间暴露在宇宙线下将会是更加严峻的挑战，但也许并非会致命。如果每个胶囊里有足量的微生物，它们就能以数量取胜。虽说其中的大多数会在路上死于辐射，但总有一小部分会幸存下来。在没有防护的情况下度过100万年之后，大约只会有一百万分之一的干冻细菌依然存活。以每秒150千米的速度，太阳帆在100万年里足以航行500光年。 然而，新的研究发现，抵达时细菌的生死也许并不重要。就算是微生物的残骸，哪怕是DNA和其他生物分子的碎片，也能帮助生命起源。 作为一种选择，太空船可以装上几米厚的防护层来隔绝大量的宇宙线。或者可以时不时地唤醒这些微生物，让它们及时地自我修复受损的DNA。但这些举措都需要更大得多的太空船，令播种外太空的成本变得极为高昂。毕竟一个耗时几十亿年且成功与否可能永远也不可知的项目几乎是不可能获得资助的。 而之前的低技术方案的成本也取决于许多因素。例如，有多少个胶囊必须要落到一颗年轻的行星上才能使得其中的细菌有足够的几率存活下来。有人提出100个，但反对者认为这个数字过于乐观。他们认为这个概率极低，只有数十亿的种子胶囊才能奏效。 这个数字并没有被夸大。即便是距离太阳最近的行星系统也是非常小的目标，击中这样的星际目标很难，而用被动的太阳帆来做这件事情则是难上加难。绝大多数的胶囊都会错过目标，这就需要几十亿甚至上百亿个才能保证命中率。此外，这些行星系统也并非是静止不动的，因此在没有导航系统的星际殖民舰队出发前，必须要对它们的运动情况做极为精确的测量。这需要未来几十年里空间望远镜阵列的帮助。  不过，瞄准也许并不是一个大问题。定点的方式不行，干脆来个大面积的，往包含有几十颗恒星的恒星形成区——例如，距离地球太阳500光年的蛇夫ρ星云——播种。这么大的目标绝对可以保证命中。但缺点是，这么大范围的地毯式轰炸所需要的种子胶囊数可能会比针对单个行星或者行星盘的高出几百万倍。 如果简单的太空船舰队无法胜任这个任务，那就需要更为复杂的方法。由地球轨道上的巨大激光而非太阳光驱动的光帆在理论上可以达到每秒数千千米的速度，大幅缩短了星际旅行和暴露在宇宙线下的时间，同时还能以更高的精度瞄准目标。先进的飞船甚至还能指引微生物殖民者前往更有希望的目标。 虽然挑战巨大，但毫无疑问派细菌出征比派人要更为容易得多。尽管它们是我们极为遥远的远亲，但毕竟是一家人。生命是一个大家庭，其目的就是传播。如果我们成功地在几百颗行星上播种，就能开启许多演化之路。其中一些就会进化成智慧生物。 完全湮灭 然而，向外太空播种也存在风险。地球殖民者的到来也许会从一开始就扼杀了当地新形式生命的出现。更糟糕的是，它们还有可能会杀死原生的生命形式。 考虑到这一情况，有天体生物学家指出，如果无法确信来自地球的微生物是否会祸害业已存在的生命，那我们就不该把它们送出去。在有些科学家看来，只有当地球面临着被迫近的太阳风暴、小行星或者彗星完全摧毁时，向外太空播种才能作为最后一步。 另一些人则对此不以为然。他们认为本土的生物已经更好地适应了当地的环境，会比外来物种更有优势。不过他们也承认实际情况可能并非总是这样。  提议中的空间望远镜，例如美国宇航局的类地行星搜索者，将会在殖民舰队出发前探测其他行星上的生命迹象。虽然无法探测到处于早期阶段的生命，但是它们应该能够识别出那里是否已经具备了完好的生物圈。如果这些搜寻没有找到任何的迹象，这就说明那里的生命还没有出现，要帮它们一把。 反过来，如果发现了大量的生命迹象，那就无需再往外太空播种。与此同时，如果在一个星系中出现了大量的生命，这也许本身就是生命能稳健地演化或者是生命在恒星间可以快速自然传播的征兆。就如1966年天文学家卡尔·萨根所提出的，另一个文明在几十亿年前兴许也有了同样的想法，并成功地把他们的种子播撒遍了银河系。我们祖先是否也是远离家乡、在长途旅行之后唯一活下来的幸存者呢？ |
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[New Scientist 2011年02月09日]
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2001-2013 火流星工作组制作
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