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新一轮宇宙生命大搜捕
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Christopher Chyba 文 Shea 编译 |
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揭开天文学家寻找宇宙中其他生命的内幕…… 几千年来，人们一直想知道，是否还存在像地球一样能承载生命的其他星球。也许要不了不久，我们就应该会知道在太阳附近拥有类地行星的恒星所占的比例。 今天的地外生命搜索正在试图回答一些重要的问题。利用地面望远镜观测，天文学家已经知道行星并不罕见。有超过10%的类太阳恒星拥有行星系统，而这一比例最终也许会更高。由于选择效应，目前的搜寻工作还主要偏向于探测靠近其他恒星的巨行星。但这一状况正在逐渐改变，很快也许就会知道类地行星是不是也非常的普遍。 地面望远镜对太阳系外行星的探测正在变得越来越灵敏，但对于地球大小的行星可能还得要依靠美国宇航局的开普勒空间望远镜。“开普勒”是一个围绕太阳公转的探测器，它会持续不断地监测100,000颗恒星来寻找当行星从它们前方经过所产生的亮度周期性变暗现象。一旦发现了一颗行星，“开普勒”就能确定出它到恒星的距离。 “开普勒”需要几年的时间来发现其他的类地行星（它们应该存在），并确定这些类地行星位于其宿主恒星宜居带中的比列。只有位于宜居带中，行星的表面才会拥有由液态水组成的海洋。而随着恒星类型的不同，宜居带的大小也会跟着发生变化。 这也正是“开普勒”将会被载入史册的原因。 生命的开始 我们对地球上生命的认识正在突飞猛进。我们也不断地了解到微生物具有在极端环境下生存的惊人能力。虽然位于地球，但这些环境和微生物可以做为其他星球上的生命模型。 同时，我们也对地球上生命的起源有了进一步的认识。在地球生命的历史中彗星和小行星撞击起到了重要的作用。我们对地球和内行星所经历撞击历史的了解至今仍不完整，对月球表面的进一步研究将填补的这一空白。我们的认识大多来自美苏的月球探测以及对掉到地球表面的月球陨石的研究。虽然科学本身并没有驱动月球竞赛，但它却对了解小天体撞击对地球生命的影响产生了巨大的影响。  太阳系中的液态水 对地球生命研究得出的一条重要结论是对液态水的绝对需求。当然，也可能存在一种基于其他溶剂的生命形式，例如甲烷这样的碳氢化合物。由此有着甲烷循环的卫星土卫六表面就会显得格外引人注目。但是目前我们对于可能的生命形式所知极为有限，因此首先从我们知道的开始也就顺理成章了。于是，我们研究的焦点都集中在现在或者过去可以为生命提供液态水的地方。 虽然并不一定都适合生命存在，但地下液态水海洋在太阳系中似乎很普遍。木星的卫星木卫三和木卫四在两种不同类型的冰层之间似乎拥有一个海洋层。这些海洋缺少水和岩石间的化学反应，因而不太可能提供有利于生命的环境。 另一方面，木星的卫星木卫二则有着一个位于表面冰层之下的液态水海洋。其中水的体积大概是地球海洋总和的两倍，其化学成分也更为耐人寻味。在它的底部，海洋会与木卫二的岩石地幔相接触。在其顶部则与拥有化学物质的冰层相连。被木星磁场加速的带电粒子会与冰相互作用产生氧甚至是甲醛这样的分子。 尽管被数千米的冰层所覆盖，但木卫二的海洋可能会适合一些地球上的微生物生存。但对于生命的宜居性并不一定意味着它也适合生命起源。要想知道木卫二的海洋中是否有生命，唯一的办法就是去那里进行实地探测。如果木卫二上存在生命，它可能（但不一定）会与地球上的截然不同。 未来十年里最令人兴奋的空间任务之一就是木卫二木星系统任务，它可能会于2020年发射，2025年到达木星系统。虽然它可能无法确定木卫二上是否存在生命，但却是通向未来的必要步骤。  重要的邻居 当然，还有火星。几十亿年前这颗红色星球的表面上显然存在着大量的液态水，今天它很可能依然保留有地下液态水。即使是现在这些水甚至偶尔也会上升到火星表面，这些地点无疑将跻身在太阳系中搜寻地外生命的最重要场所。 对这些地点的探测任务将会对探测器有着非常苛刻的要求。必须要确保探测设备不会携带会污染火星环境的地球微生物——它们在太空中可存活足够长的时间到达火星。在最坏的情况下，这些生物体会破坏甚至压倒火星任何现有的生物圈。 最有趣的一个新探测结果是发现了火星大气中低浓度的甲烷（约一亿分之一）。这一发现令人惊讶，因为火星大气中的氧化反应会迅速摧毁甲烷。事实上，在火星大气中甲烷分子只能存在几百年。这就意味着，火星表面或者表地下存在着某种机制在往火星大气中注入甲烷。 在地球上，大气中甲烷的一个重要来源是产甲烷细菌。在火星的大气中随着地点和季节变化的甲烷因此也可能来自生命体。但火山同样可以释放出甲烷，水和二氧化碳反应也能在地下产生甲烷。目前还经没有办法区分甲烷的生物和地质化学来源。但未来进一步的探测应该很快就会告诉我们更多。 与此同时，在这一问题上的无能为力也是对未来借由望远镜对太阳系外行星大气进行观测进而推断其是否存在生命的一个警告。毫无疑问，我们对火星的了解要远胜于任何一颗外星行星，但我们仍然还不能确定其大气中的甲烷是否是生命体的产物。 文明的出现 另一个与搜寻地外生命相关但却又完全不同的领域是寻找地外文明。 关于宇宙中智慧文明究竟是普遍的还是罕见的争论已经持续了一个世纪，争辩双方都提出了各种各样的论据。现在是用进一步的数据来说话的时候了。这就需要开展更大胆的搜寻工作。 地外文明探索研究所刚刚启动了一个使用艾伦望远镜阵列的雄心勃勃的新计划。不幸的是，该项目还没有得到足够的资金来填补目前该阵列中42架望远镜和原计划350架望远镜之间留下的空缺。 此外就是对地球上动物智力演化的研究。科学家们研究了齿鲸化石的脑容量，发现它们的智力演化似乎呈随机态势，不存在脑容量增大的特定模式。然而，随着时间的推移，有三种齿鲸却演化成了地球上仅次于人类的最聪明的生物。 这些细致的研究工作需要拓展到其他动物身上，由此才有可能真实地了解隐藏在智力演化背后的机制。 天体生物学是一个爆炸中的领域，重大发现就在眼前。如果要深入研究宇宙中的生命，科学家不仅需要考虑生命的起源和演化，还要思量文明的出现和命运。 |
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[Astronomy 2010年5月]
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2001-2019火流星工作组制作
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