丹丘生

在這個(gè)似乎荒蕪的宇宙中，我們的地球可謂是一個(gè)標(biāo)牌。由于各種巧合，生命在地球上誕生了，甚至還發(fā)展出高級(jí)文明。我們以自己為榜樣證明，生命是可能的。

有鑒于此，我們?cè)趯ふ彝庑巧臅r(shí)候，一切努力都集中于去發(fā)現(xiàn)地球的一個(gè)“復(fù)制品”——各方面都與地球相似的行星。但令人沮喪的是，這樣的星球少之又少。在迄今發(fā)現(xiàn)的數(shù)千顆系外行星中，大多數(shù)行星所處的位置，離母恒星要么太近（太熱），要么太遠(yuǎn)（太冷）。其他的行星，或者繞著兩顆恒星運(yùn)行，或者繞著已死亡的恒星運(yùn)行，或者獨(dú)自在宇宙中游蕩，完全沒(méi)有恒星為它提供光和熱。在這些類型的星球上，生命被認(rèn)為是不可能的。

但最近的研究表明，這些怪異的星球或許也能維持生命?，F(xiàn)在讓我們打破成見(jiàn)，到那些地方去看看。

太靠近恒星的行星

與地球條件截然不同的行星，仍然可以成為生命的庇護(hù)所。證據(jù)并不遙遠(yuǎn)。離開(kāi)地球，向著太陽(yáng)旅行，經(jīng)過(guò)金星和水星所在的軌道，傳統(tǒng)上認(rèn)為，這一路走去，隨著溫度的飆升，液態(tài)水和生命的存在變得愈益不可能。

今天的金星，確實(shí)是一個(gè)地獄般的炙熱世界，那里的溫度超過(guò)400℃。然而，1970年代美國(guó)宇航局的“先驅(qū)者金星計(jì)劃”收集的數(shù)據(jù)暗示，在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，金星上可能存在有液態(tài)水。

如何將“金星上有過(guò)液態(tài)水”的歷史與“金星太靠近太陽(yáng)”的事實(shí)相協(xié)調(diào)呢？

答案可能在于金星的緩慢的自轉(zhuǎn)。金星上的“一天”相當(dāng)于243個(gè)地球日。根據(jù)氣候模型，緩慢的自轉(zhuǎn)允許金星上的一大片云層長(zhǎng)時(shí)間靜止不動(dòng)，這樣就能夠反射掉大部分太陽(yáng)光，為其表面液態(tài)水的存在創(chuàng)造條件。這意味著，對(duì)于像金星這樣自轉(zhuǎn)緩慢的行星，適宜居住帶可以推進(jìn)到離恒星更近的軌道。

太陽(yáng)的適宜居住帶甚至可能延伸到離太陽(yáng)最近的行星——水星軌道那么近。這一猜測(cè)的證據(jù)如下：

水星上有一個(gè)叫“卡洛里斯盆地”的古老隕石坑，面積是法國(guó)國(guó)土的兩倍多。1974年，天文學(xué)在水星的另一側(cè)發(fā)現(xiàn)了一塊所謂的“混亂地形”。關(guān)于其來(lái)歷，通常的解釋是，小行星撞擊水星，撞出卡洛里斯盆地后，地震波分頭以相反的方向環(huán)繞水星傳播，當(dāng)它們?cè)诹硪粋?cè)相遇時(shí)，地震波將地表“揉碎”了，產(chǎn)生出“混亂地形”。

但根據(jù)更近期的數(shù)據(jù)顯示，卡洛里斯盆地的生成比混亂地形的生成要早25億年，所以兩者之間沒(méi)有因果關(guān)系。

有鑒于此，有位天文學(xué)家提出一種新的解釋，認(rèn)為水星的“混亂地帶”是由結(jié)晶水合物（如明礬）中水分蒸發(fā)引發(fā)的地面塌陷形成的。這類似于地球上地下冰融化引起的塌方。如果這解釋正確，意味著水星上一度有水。

所以，我們過(guò)于草率地將水星等行星排除在生命適宜居住的范圍之外了。認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)很重要，因?yàn)橄低庑行侵杏泻芏噙@樣的星球。

圍繞兩顆恒星運(yùn)行的行星

請(qǐng)想象一下一個(gè)有兩個(gè)太陽(yáng)的世界，在那里你會(huì)有兩個(gè)影子。這對(duì)于生活在環(huán)繞兩顆恒星運(yùn)行的行星上的人來(lái)說(shuō)，卻不是想象，而是現(xiàn)實(shí)。開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了少數(shù)這樣不尋常的世界，有些還處于適宜居住帶上，但到目前為止，它們都是氣態(tài)巨行星。我們還沒(méi)有找到一顆環(huán)繞雙星的巖石質(zhì)行星。

但最近，天文學(xué)家的模擬表明，如果已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一顆環(huán)繞雙星的行星，那么在該系統(tǒng)的適宜居住帶上有50%的概率存在著一顆巖石質(zhì)行星。更誘人的是，這些行星的適宜居住條件（允許液態(tài)水存在）可以保持?jǐn)?shù)十億年之久，有足夠的時(shí)間來(lái)讓生命進(jìn)化。

這樣的環(huán)繞雙星的行星，有可能已經(jīng)隱藏在我們已經(jīng)觀測(cè)到的系外行星之中，只是在等著我們?nèi)プR(shí)別。開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡是通過(guò)“凌星法”尋找系外行星的，即觀察一顆行星從恒星前面掠過(guò)時(shí)恒星的亮度下降。而這種亮度的變化是如此之小，一顆地球大小的行星掠過(guò)一顆類似太陽(yáng)的恒星，僅造成0.01%的亮度下降，所以不容易觀測(cè)。

對(duì)于有兩顆恒星的行星，凌星過(guò)程更復(fù)雜，更不容易觀測(cè)。但天文學(xué)家正努力開(kāi)發(fā)一種算法，希望不久能從開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)中識(shí)別出可居住的環(huán)繞雙星的行星。

環(huán)繞死亡恒星的行星

太陽(yáng)是不會(huì)永遠(yuǎn)存在下去的。大約50億年后，它將在一次超新星爆發(fā)中將其外層氣體拋棄，單留下一個(gè)被稱為白矮星的小核。圍繞一顆白矮星的行星，似乎不像是一個(gè)適宜生命棲居的世界。

白矮星雖然是死亡恒星，其內(nèi)部已經(jīng)停止了核聚變，但由于其形成之初表面溫度很高（可達(dá)10000℃），所以依然會(huì)發(fā)光;也因此，白矮星周圍依然有適宜居住帶。只是由于它釋放的熱量太少，適宜居住帶會(huì)更靠近白矮星。處于帶上的行星，公轉(zhuǎn)周期可能只有幾天。

但好消息是，由于白矮星冷卻的過(guò)程非常緩慢，行星在其適宜居住帶上非常穩(wěn)定。像由太陽(yáng)演化而來(lái)的白矮星，行星在其適宜居住帶上可以停留85億年之久，遠(yuǎn)比地球能在太陽(yáng)的適宜居住帶上停留的時(shí)間長(zhǎng)。

從技術(shù)的角度說(shuō)，這樣的行星也更容易被發(fā)現(xiàn)，因?yàn)椤昂阈切　焙汀靶行蔷嚯x近”這兩個(gè)因素的組合，在凌星時(shí)將導(dǎo)致白矮星亮度的下降幅度高達(dá)50%以上，更容易被察覺(jué)。

其他人認(rèn)為，白矮星周圍的生命可能會(huì)以另一種方式被發(fā)現(xiàn)。在2020年發(fā)表的一篇論文中，尋找外星智慧生命的科學(xué)家探討了一個(gè)外星文明在其恒星開(kāi)始死亡時(shí)將面臨的困境。他們的結(jié)論是，逃離一顆垂死的恒星太困難了，這會(huì)迫使高級(jí)的外星文明進(jìn)行前所未有的“太空工程”，而這些人造工程是可以探測(cè)的。所以，白矮星現(xiàn)在已經(jīng)列入ET（尋找外星智慧生命）項(xiàng)目的列表中。

沒(méi)有恒星的行星

38%的恒星系在某個(gè)時(shí)候會(huì)失去一顆行星。這些行星被拋出后，獨(dú)自在太空中游蕩，成為一顆顆流浪行星。宇宙中充滿了流浪行星，僅在銀河系中就可能有數(shù)千億顆。

像地球這樣較小的巖石質(zhì)行星最有可能被拋出。事實(shí)上，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了地球質(zhì)量的流浪行星，這要?dú)w功于一種叫做“引力微透鏡”的現(xiàn)象。如果行星從一顆遙遠(yuǎn)的、跟它沒(méi)有隸屬關(guān)系的恒星前面經(jīng)過(guò)時(shí)，它的引力會(huì)讓恒星傳向我們的光線彎曲，就像一塊透鏡一樣，暫時(shí)匯聚了恒星的光線，因此我們?cè)谶h(yuǎn)處看恒星像是突然明亮起來(lái)。這樣的事件持續(xù)時(shí)間可以從幾小時(shí)到幾周不等，持續(xù)時(shí)間取決于行星的質(zhì)量。利用引力微透鏡法，天文學(xué)家迄今已經(jīng)探測(cè)到8顆系外行星。將于2026年發(fā)射的羅曼太空望遠(yuǎn)鏡將致力于觀測(cè)引力微透鏡事件，屆時(shí)我們會(huì)發(fā)現(xiàn)更多流浪行星。

現(xiàn)在最大的問(wèn)題是，如果一個(gè)曾經(jīng)有生命棲居的星球不再有恒星為它提供光和熱，那么該星球上的生命能否維持？為了生存，它們或許不得不依靠來(lái)自行星內(nèi)部的熱量，尤其是放射性元素的衰變。對(duì)于地球來(lái)說(shuō)，放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量只及我們從太陽(yáng)獲得的能量的1/15000。除非流浪行星有厚厚的大氣層，否則它將會(huì)凍結(jié)。但是宇宙中很多事情是不可預(yù)測(cè)的，你永遠(yuǎn)不知道會(huì)有什么例外。

衛(wèi)星上的生命

也許我們不應(yīng)該只將行星視為可能存在生命的地方。宇宙中數(shù)量最大的可居住地可能是衛(wèi)星。我們已經(jīng)知道，木星和土星的一些衛(wèi)星——包括木衛(wèi)二和土衛(wèi)二——擁有液態(tài)水的地下海洋，盡管它們遠(yuǎn)在太陽(yáng)的適宜居住帶之外。如果這種情況在其他恒星周圍也是如此，那么宜居衛(wèi)星的數(shù)量將大大超過(guò)宜居行星。

最新的研究表明，對(duì)于冰質(zhì)衛(wèi)星，它所環(huán)繞的行星的引力比來(lái)自太陽(yáng)的熱量更重要。冰質(zhì)衛(wèi)星在運(yùn)行過(guò)程中，受到行星引力的拉伸和擠壓，這些形變產(chǎn)生的摩擦熱量足以融化地表下的冰（至于地表的冰，由于溫度太低，水會(huì)重新凝結(jié)，無(wú)法保持液態(tài)）。所以原則上，只要你有合適的行星環(huán)境，就有可能擁有一個(gè)比地球距離太陽(yáng)遠(yuǎn)得多的宜居衛(wèi)星。

如果衛(wèi)星不是冰質(zhì)的，而是巖石質(zhì)的呢？那就只能到恒星的適宜居住帶上找宜居衛(wèi)星了。最近，一個(gè)天文小組研究了100多顆已知有系外行星環(huán)繞的紅矮星（一種較小、較冷和壽命很長(zhǎng)的恒星）的適宜居住帶，然后，對(duì)假想的衛(wèi)星進(jìn)行建模。他們發(fā)現(xiàn)，其中有4顆處于適宜居住帶上的氣態(tài)巨行星可以擁有長(zhǎng)期穩(wěn)定的衛(wèi)星（這是很不容易的，因?yàn)樾l(wèi)星要在恒星和行星之間保持平衡，幾乎是在戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢地走鋼絲）。這4顆衛(wèi)星停留的時(shí)間，差不多可達(dá)到目前宇宙的年齡，因此有足夠的時(shí)間讓生命出現(xiàn)和進(jìn)化。