苗千

人類是如此的孤獨(dú)，而在意識到自己的孤獨(dú)之后，人類又是如此不懈地在宇宙中尋找著其他生命形式。無論是最原始的單細(xì)胞生物，還是如科幻大片中駕駛著飛碟來去自如的具有超高文明的外星人，自從意識到自己是生活在銀河系邊緣一個孤零零的巖石行星上的生物之后，人類就未曾放棄尋找宇宙中其他的生命形式，希望能夠以此為自己的存在找到更多意義，盡管不斷有人警告這樣的嘗試可能會引來危險。

尋找地球之外的生命形式，最大的困難之一就是人類尚且沒有一個關(guān)于生命的嚴(yán)格定義。如何在宇宙中分辨生命或是非生命現(xiàn)象，這是一個問題。于是人類的努力目前還只能限于尋找與自身類似的生命形式，或是一切與之相關(guān)的跡象。從2017年10月起，對于這個話題感興趣的人都把目光集中在了太陽系內(nèi)一塊形跡可疑的物體上，懷疑它可能負(fù)載著宇宙中其他文明的秘密。

這是一個雪茄形狀的物體。2017年10月19日，設(shè)在夏威夷茂宜島海勒卡拉火山頂?shù)摹叭把蔡焱h(yuǎn)鏡和快速回應(yīng)系統(tǒng)”（Pan-STARRS）項目通過多種不同的技術(shù)發(fā)現(xiàn)了它的存在，它隨即獲得了一個官方名字“1I/2017 U1”（也曾有過舊稱“A/2017 U1”和“C/2017 U1”），但更多的天文學(xué)家喜歡叫它“奧陌陌”（Oumuamua）。起初人們以為這是一顆彗星，奧陌陌當(dāng)時正在飛過地球，它與地球的距離相當(dāng)于地球與月球距離的85倍。它在飛過太陽時因為引力場的作用速度加快，目前的速度達(dá)到了每小時31萬公里。

隨后科學(xué)家們馬上意識到，奧陌陌是一個人類此前從未發(fā)現(xiàn)過的來自太陽系外的物體，屬于星際小行星。以它目前的速度，它很快就會離開太陽系，人們必須抓緊時間用各種手段對它進(jìn)行觀測研究。奧陌陌并不算大，它只有大約400米長，寬度只有長度的十分之一左右，大約與地球上的一個體育場大小相似。吸引天文學(xué)家注意的，是它獨(dú)特的形狀，這種長條形狀的來自太陽系外的物體，立即讓很多人聯(lián)想到了具有高度文明的外星人所乘坐的宇宙飛船——英國科幻大師亞瑟·克拉克在1972年發(fā)表的名著《與拉瑪相會》（Rendezvous with Rama），描述的正是一個類似形狀的外星飛船經(jīng)過太陽系的故事。

這種科幻大師的創(chuàng)作與人們的聯(lián)想并非沒有道理，此前就有很多天文學(xué)家猜想，如果要設(shè)計具有星際航行能力的宇宙飛船，長條狀正是最合理的形狀，因為這樣可以最大程度地減小飛船與星際氣體和塵埃之間摩擦所產(chǎn)生的阻力。從奧陌陌的方向來看，它來自天琴座方向，距離地球有25光年。

這樣一塊來自其他星系的物體，若是事先有意經(jīng)過瞄準(zhǔn)發(fā)射，精度未免太過驚人。有天文學(xué)家形容這相當(dāng)于在100公里之外扔一塊石頭，準(zhǔn)確地?fù)糁幸幻队矌拧?shí)際上，很多人早就預(yù)測會有這樣的天外來客偶然造訪太陽系。在太陽系最初形成時，有大量的彗星和小行星被甩出了太陽系，以此類推，在其他的星系中理應(yīng)也會發(fā)生類似的現(xiàn)象，但是這類物體非常黯淡，極難發(fā)現(xiàn)。奧陌陌是人類發(fā)現(xiàn)的第一個來自外星系的物體。

正因為是第一個，對于天文學(xué)家來說奧陌陌具有極高的科學(xué)價值。通過研究這個不速之客，人們可以了解其他恒星的形成過程，以及物體在太空的嚴(yán)酷環(huán)境中長途跋涉之后會發(fā)生的變化。天文學(xué)家們分析，這塊奇怪的物體有可能比太陽系的歷史還要長，它可能已經(jīng)形成了100億年。奧陌陌目前每7小時自轉(zhuǎn)一圈，預(yù)計它將于2018年越過木星，在2019年1月離開太陽系。因為距離遙遠(yuǎn)，天文學(xué)家們只能在它消失之前抓緊通過望遠(yuǎn)鏡對其進(jìn)行研究，同時盼望著或許在一段時間之后還能發(fā)現(xiàn)另外一塊類似的物體。

奧陌陌的很多特征確實(shí)出乎人們之前的猜測。它遠(yuǎn)道而來，看上去卻像是人們在太陽系中所常見的物體。人們以前一直以為這樣的天外來客主要由冰構(gòu)成，因此它們在經(jīng)過太陽時會像彗星一樣留下可見的痕跡，但奧陌陌看上去就像是一塊在各種輻射環(huán)境里孤獨(dú)旅行了幾億年，甚至數(shù)十億年的深色大石頭。從外殼深紅的顏色來看，它的最表層似乎是一層有機(jī)物，它的內(nèi)部有什么構(gòu)造，是否可能是智慧生命發(fā)射的宇宙飛船？這引發(fā)了人們無窮的想象。

奧陌陌很快就吸引了地外智慧生物搜尋協(xié)會（SETI Institute）的關(guān)注。從2017年11月23日開始，研究者們利用位于加州北部的艾倫望遠(yuǎn)鏡陣列（Allen Telescope Array）對奧陌陌從各個頻段進(jìn)行了持續(xù)60個小時的探測，但是并沒有發(fā)現(xiàn)任何電磁信號。另外一個尋找地外生命的計劃——2015年由著名物理學(xué)家霍金啟動的突破聆聽（Breathrough Listen）計劃也花費(fèi)了10個小時利用位于西弗尼吉亞州的綠岸望遠(yuǎn)鏡（Green Bank Telescope）對奧陌陌進(jìn)行了仔細(xì)檢查，同樣沒有收獲。

奧陌陌可以吸收96%射向它的光線，因此顯得顏色黯淡。它在可見光范圍內(nèi)顯出深紅色，在紅外線的照射下則略顯發(fā)灰。經(jīng)過仔細(xì)檢查，科學(xué)家們并沒有發(fā)現(xiàn)奧陌陌有巖石的成分，有人懷疑在這一層有機(jī)物外殼的包裹下，內(nèi)部是大量的堅冰。但在奧陌陌飛越太陽的過程中，科學(xué)家們并沒有發(fā)現(xiàn)因為其內(nèi)部堅冰融化而滲出的水，有可能是這一層有機(jī)外殼對其內(nèi)部的冰起到了保護(hù)作用。

對天文學(xué)家們來說，盡管奧陌陌還有種種神秘未解之處，但目前尚未發(fā)現(xiàn)它有任何經(jīng)過智慧生命設(shè)計，被有意發(fā)射到太陽系的證據(jù)。從另一方面來說，“全景巡天望遠(yuǎn)鏡和快速回應(yīng)系統(tǒng)”剛剛啟動7年就發(fā)現(xiàn)了奧陌陌，說明在太陽系內(nèi)這類外星系來客可能數(shù)量并不少，只是此前沒有被人類發(fā)現(xiàn)而已。天文學(xué)家們期待著能夠盡快發(fā)現(xiàn)另一個遠(yuǎn)道而來的外星系物體，這可能是一個人類探索地外生命形式以及天體構(gòu)成的好機(jī)會。

尋找地外生命，除了在地球上守株待兔，探索太陽系內(nèi)部的其他行星以及它們的衛(wèi)星之外，對天文學(xué)家們來說另一個更為廣闊的領(lǐng)域則是在宇宙中尋找和地球環(huán)境相似的巖石行星。他們相信，如果存在與地球環(huán)境相似的行星，那么在那兒也很有可能存在著生命現(xiàn)象。

在茫茫宇宙中尋找與地球各方面環(huán)境都相似的行星絕非易事。星系間的距離動輒以光年計，而且自身不發(fā)光的行星圍繞著臨近的恒星運(yùn)轉(zhuǎn)，恒星的亮度往往是其行星亮度的10億倍以上，這更讓人類的望遠(yuǎn)鏡極難分辨出行星的信號。正因為如此，天文學(xué)家們長久以來都認(rèn)為圍繞恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的巖石行星在宇宙中極為少見，直到1995年人類才發(fā)現(xiàn)了第一顆類地行星，而后才逐漸意識到在恒星周圍存在著圍繞其運(yùn)轉(zhuǎn)的巖石行星是宇宙中常見的現(xiàn)象。

通過地面以及太空中的各種望遠(yuǎn)鏡，例如美國航空航天局（NASA）的開普勒空間望遠(yuǎn)鏡的搜尋，人類已經(jīng)在宇宙中發(fā)現(xiàn)了超過3500顆與地球類似的巖石行星，其中有大約30顆與地球的大小相似，并且可能在表面存在液態(tài)水。但是通過這樣的探索，天文學(xué)家們也只能獲得關(guān)于這些行星最基本的信息，如大小、質(zhì)量和軌道情況等。想要對它們進(jìn)行詳細(xì)研究，天文學(xué)家們需要獲得這些行星大氣的光譜信息。

關(guān)于地外行星，天文學(xué)家所能獲得的，通常就是一張只有區(qū)區(qū)幾個像素的照片而已，但仍有人試著通過這樣的照片來判斷行星的信息。加州大學(xué)河濱分校的天文學(xué)家史蒂芬·凱恩（Stephen Kane）將一張從地球軌道上拍攝的有400萬像素的地球照片降級到只有幾個像素，然后反復(fù)觀察，通過練習(xí)可以從這樣的照片中判斷出行星擁有海洋、大陸、云層、季節(jié)變化，以及自轉(zhuǎn)周期是24小時。凱恩做這樣的練習(xí)，正是為了在獲得其他類地行星的類似照片時可以有所準(zhǔn)備，或許可以從這樣低精度的照片中分辨出一個行星是否有可能孕育生命。

雖然人類在火星和土星這樣的類地行星上都沒有發(fā)現(xiàn)生命的痕跡，但仍然有天文學(xué)家相信，人類終究會發(fā)現(xiàn)與地球環(huán)境極為相似、有可能存在生命的行星。判斷其他星系的行星是否可能存在生命，在目前并沒有一個明確的標(biāo)準(zhǔn)，天文學(xué)家們需要在不同的條件中進(jìn)行綜合考量。

氧氣是天文學(xué)家們尋找的首要對象。在大氣層中存在氧氣將是行星上存在生命的最重要標(biāo)志，在這一點(diǎn)上天文學(xué)家們只能以地球作為唯一的標(biāo)準(zhǔn)。正是地球上的微生物和植物進(jìn)行了數(shù)十億年的光合作用釋放氧氣，才使地球大氣層中的氧氣含量達(dá)到21%——這個含量足以使科學(xué)家們在極遠(yuǎn)的距離就可以探測到。

而后天文學(xué)家們逐漸意識到，在大氣層中存在氧氣并非判斷行星上是否存在生命的決定性因素。在無氧條件下也有可能有生命存在，比如說在地球上就曾經(jīng)有20億年的時間，微生物以一種不產(chǎn)生氧氣的方式進(jìn)行光合作用。另外，在沒有生命現(xiàn)象存在的情況下，行星的大氣中也有可能充滿氧氣。例如行星表面的水被恒星的熱量蒸發(fā)，進(jìn)而被分解為氫氣和氧氣，氫氣又逃逸到了宇宙空間中，在這種情況下行星的大氣中就可能充滿氧氣。除了氧氣之外，行星大氣中的甲烷也可能是生命現(xiàn)象存在的重要信號之一。雖然地質(zhì)活動也有可能產(chǎn)生甲烷，但地球大氣中的甲烷大多數(shù)都是由微生物的活動產(chǎn)生出來的。

要判斷一個行星上是否可能存在生命現(xiàn)象，除了尋找氧氣、甲烷和液態(tài)水之外，還需要考察行星在日夜間溫度的極限，以及是否會受到臨近恒星的有害輻射。正如康奈爾大學(xué)天體物理學(xué)家希達(dá)爾特·赫奇（Siddharth Hegde）所說：“了解了恒星，也就了解了其行星?！焙掌娼榻B，大氣中的氧氣和甲烷會發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成二氧化碳和水，因此如果能夠探測到在行星的大氣層中存在大量的氧氣和甲烷成分，那么一定是有某種生命過程對這兩種成分不斷進(jìn)行補(bǔ)充。

天文學(xué)家們需要獲得地外行星大氣的光譜以判斷其大氣的組成成分，但另一方面，光線很難穿透行星的大氣層，因此人們獲得的大多是行星大氣層外層成分的光譜，而且地面上的望遠(yuǎn)鏡接收到的信號還會受到地球大氣層的干擾。天文學(xué)家們只能使用一些特殊的手段，例如當(dāng)行星掠過其恒星時，探測穿越行星大氣層的恒星光線以獲得其大氣層的光譜，或者當(dāng)行星運(yùn)轉(zhuǎn)到恒星的背面，探測其對恒星的反光以獲得光譜。

2019年，美國航空航天局將會發(fā)射巨大的詹姆斯韋伯空間望遠(yuǎn)鏡（James Webb Space Telescope），用以尋找可能存在生命的地外行星。天文學(xué)家們希望這個擁有最新技術(shù)的空間望遠(yuǎn)鏡能夠獲得更多地外行星大氣的光譜數(shù)據(jù)，并且拍攝到更清晰的照片。詹姆斯韋伯空間望遠(yuǎn)鏡將擁有直徑6.5米的巨大鏡面，它可以收集到的光線超出現(xiàn)在所有的空間望遠(yuǎn)鏡，同時它還會收集紅外線信號，探測地外行星上是否存在水、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等成分。不僅如此，美國航空航天局還在研究一項新任務(wù)：宜居地外行星影像任務(wù)（The Habitable Exoplanet Imaging Mission）。執(zhí)行這個任務(wù)的機(jī)械也將擁有6.5米的鏡面，但它將探測更廣闊頻率范圍的光線，從近紅外線到紫外線，盡可能拍攝到地外行星最清晰的照片。

人類探索太陽系之外的類地行星，乃至想尋找在其他天體上可能存在的任何生命信號，這個困難重重的工作目前仍然處于起步階段。除了距離因素之外，另一個限制就在于人類只有一個樣本可以用來作為參照，那就是地球自身。正如匆匆掠過的天外來客奧陌陌，如果人類對其他星系的了解只限于如此孤例，便無法形成正確的認(rèn)知。只要有耐心，如奧陌陌一樣的外星系物體必然還會出現(xiàn)更多，但地球卻只有一個。

如果天文學(xué)家們在太空中找不到另一個覆蓋著鮮花和芳草的地球的孿生星球，那么除了以地球為唯一的參照之外，天文學(xué)家們也做好了準(zhǔn)備，生命形式可能在完全意想不到的外星環(huán)境中存在。人類到底該尋找些什么？麻省理工學(xué)院天體物理學(xué)家薩拉·西格爾（Sara Seager）和她的同事們列出了一個包含有1.4萬種化合物的清單，她認(rèn)為在合適的條件下，這些化合物可能會以氣態(tài)存在于行星的大氣層中，如果人類探測到某個行星大氣層中含有大量清單中列出的某種物質(zhì)，而又無法以非生命過程加以解釋，那么在這個行星上就很可能存在生命。

（本文寫作參考了《科學(xué)》雜志的報道）