人类找到外星生命的三种希望

自从人类第一次把目光转向地球以外行星、恒星和星系之间时，外星生命是否存在一直吸引着我们。虽然现在正在用科学研究这一问题，但我们仍需等待地球外的第一个生命被准确发现。地球上存在着复杂的，千差万别的生命形式是经过36亿年进化的结果。

原子可以在星际空间以及行星上形成分子，包括有机分子和生命过程。如果生命的成分无处不在，那么生命也可能无处不在。图片：Jenny Mottar

博科园-科学科普：宇宙中生命要素无处不在，科学家已经在太阳系的其他地方，星际空间，甚至在其它恒星周围发现了有机分子。人类还要多久才能发现除地球以外的第一个有生命迹象的天体呢？目前科学家正在采用三种方法寻找，不过哪一种方法将率先找到还无从得知。

ALH84001陨石的结构与火星起源相关，一些人认为这里显示的结构可能是古代火星生命。图片版权：NASA, 1996

为了创造生命，生命过程需要的基本成分：元素周期表的原始元素。为实现这一目标只需要几代恒星通过生命周期即可（超新星爆炸，恒星燃烧聚变等都会产生形成元素）。天文学家发现恒星周围的岩态行星年龄比地球大七十亿年，而且都含有生命所必需的重元素；在其母星周围潜在与地球大小类似的可居住区域遍布整个银河系。另外还发现了有机分子，从糖到氨基酸到甲酸乙酯，这种分子使树莓的气味遍布在小行星、年轻恒星、原行星盘、分子气体云中。

在整个宇宙，包括最大的恒星形成区域——猎户座星云都发现了有机、赋予生命的分子存在。不久的将来，也许能够在与地球大小接近星球周围的大气层中寻找到生物踪迹。图片：ESA, HEXOS and the HIFI consortium; E. Bergin

总的来说，银河系估计有超过1万亿(10^12)颗行星，因此，银河系为生命提供了机会。行星之间的生命元素和生命存在着很大的不同。除了在地球上发现的生命以外，还不知道宇宙中是否存在其他生命。尽管科学家们强烈怀疑，有相似成分和相同自然规律的宇宙中只有地球上存在着独一无二的生命似乎是说不通的，除非我们有证据证明这一点，否则就还不能妄下结论。此外，还没有找到一个最关键科学问题的答案：地球生命是如何从非生命到生命？

有机分子存在于恒星形成区域、恒星残余和星际气体中，遍布整个银河系。理论上，岩态行星和生命成分可能在宇宙中很快出现，并且远在地球存在之前。图片：NASA / ESA and R. Humphreys (University of Minnesota)

地球生命的存在足以证明它能发生，如果宇宙中任何地方都有生命存在，那么它可以达到三个不同的层次：

1、生命从一个星球开始，但不会持续、繁荣、永续

2、生命繁荣进化几十亿年，并让星球的表面性质产生重大变化

3、生命变得更智慧，随着技术进步，可以相互交流或太空旅行，有可能两者都会发生

显然，越先进的层次越令人兴奋，但也越为罕见。然而，有时稀有的东西最容易找到，因为相对于其他东西而言更引人注目。科学家将用不同的方式来寻找不同的生命形式，为人类提供了在宇宙中寻找地球之外生命的三种不同希望。

在土卫二海洋中寻找生命是最吸引人的，也是最节省资源的想法之一，在间歇泉喷发中进行探测，收集样本，分析有机物。图片：NASA / Cassini-Huygens mission / Imaging Science Subsystem

TOP1、窥探太阳系

地球上的生命已经繁衍了几十亿年，但其他星球似乎还没有这么好的景象。如果在任何地方都有生命，它可能还没有超越我们所认为的非常原始状态。火星和金星可能类似地球过去是潮湿、温和，但如今的火星寒冷而贫瘠，而金星则是被有毒云覆盖的地狱。

坠落到地球的陨石不仅含有在生命过程中发现的氨基酸，还有许多其他没有参与地球生物过程的氨基酸。像木卫二和土卫二这样的卫星很可能有液态、亚表层的海洋，为热液喷口提供了相似的条件——在地球海洋底部，这是一个充满生命的地方。

在海底深处，没有阳光照射的地方，生命仍然在地球上茁壮成长。如何从非生命中创造生命是当今科学中最伟大的开放问题之一，但如果生命可以在这里存在，木卫二和土卫二的海底会有生命存在吗？图片：NOAA/PMEL Vents Program

过去到现在虽然从未在另一个星球发现过生物，但这种可能性非常诱人。火星上有沉积岩，是由过去的水形成，当进行研究时，会想那里能找到化石记录吗？木卫二和土卫二在整个海洋从事研究冰层，在这片水域里会有微生物或者更让人兴奋的东西存在吗？甚至有证据表明，在陨星碎片中发现了原始生命形式的硅藻，这可能有来自地球的起源之地。这是我们所能想像到最不先进的生命形式，相比较下而言人类更具优势，我们可以通过接触、访问和测量了解他们。如果原始简单的生命无处不在，深入研究太阳系将会找到它。

这两种技术都反映了地球上的阳光和通过大气层过滤的太阳光，这是人类目前正在开发的两种技术，用来测量遥远星球大气含量和表面性质。在未来，这可能被用于寻找有机特征。图片：Melmak / pixabay

TOP2、寻在围绕附近恒星的系外行星

在过去的25年里，系外行星科学领域从初期发展到成为一个珍宝。现在已知有数以千计的行星存在于太阳之外的恒星周围；这些行星中有许多是体积较小、多为岩态，而且距离它们的恒星很近，假设它们有大气层，其表面有液态水。不能像太阳系里的生命一样探测到单个的微生物或化石，但如果生命继续存在，就可以使用间接的方法：寻找生命对外星星球大气产生的影响。

当一颗行星在它的母星前面经过时，就会有一些光被阻挡。如果有大气存在，通过它过滤，足够成熟的天文台就可以探测到吸收或发射线，如果有有机分子或大量的分子氧可能也能找到。图片：ESA / David Sing

地球是我们所知道唯一一个拥有如此多氧分子的星球：大气中有21%是氧气，这是为什么？数十亿年来，生命繁衍进化将这种生物废料添加到大气中。科学家认为氧气对生命是至关重要的，但这只是因为动物进化出了利用这一成分来发展有氧呼吸的功能，并充分利用这个丰富的分子。

随着技术不断进步，希望能够测量出太阳系外行星大气层的分子特征，甚至可以直接成像系外行星以寻找云层、海洋、季节和大陆，我们完全有理由相信，如果碰巧以正确的方式看待另一个星球的持续生命，本世纪有可能会被揭示。

一个可以从外星人基地发射出可感知无线电信号的巨大发射器暂时只是一些人的幻想，但一个光信号可能会出现。图片：Steve Jurvetson from Menlo Park, USA

TOP3、寻找智慧外星人信号

在地球上，第一个多细胞生物进化之前，有数十亿年的单细胞生命。它从寒武纪大爆发中花费了5亿多年的时间；在那里复杂、多细胞、分化良好的生命出现了，直到一个聪明的、技术先进的文明崛起。然而，人类已经开始向恒星发出信号，并且已经达到了人类可以探测到有足够能量的外星人信号。寻找外星智慧生命和主动对外发展，METI(给外星智慧的信息)代表了搜索外星智智慧的最高风险和最高奖赏。

理论上，首次探测外星智慧的信息将来自无线电波。但是快速的无线电爆发可能不是那个信号，如果它存在，科学家将试图揭示地外信号。 图片：Danielle Futselaar

我们假想外星人会在20世纪60年代尝试用无线电波与我们进行交流。但50年之后，我们就不那么确定了。什么类型的外星信号会到达地球？该如何解读？外星智慧将如何传输或接收星际信号？他们是否有可能成为一种太空文明，并能够在星际间长途跋涉？像“突破摄星计划”这样的想法将这种最后的可能性从科幻小说转化为现实。如果一个信号或者是一艘宇宙飞船——到达地球，它将代表我们对宇宙的理解和我们在宇宙中所处位置的重大转变，因为我们第一次将目光转向天空。

旅行者号黄金唱片（右），镀金铝盖（左），既可以保护它免受微陨石轰击，也可以演奏并破译地球的位置。 图片：NASA

尽管这只是一个推测，但科学家推测宇宙中的生命很可能是普遍存在，因为它的成分和为生命提供的机会几乎无处不在。生命在一个星球上茁壮成长，并维持其自身，直到它能够改变大气表面性质，这可能需要非常幸运，因为这非常罕见；进化成复杂的、分化的、多细胞生物可能更罕见。

至于成为我们所认为智慧的，技术先进的文明，可能是如此的卓越，在所有的宇宙中，可能只有我们是这样的。然而，不管这些结果有多么不同，我们都在以非常不同的方式积极地寻找这三种生命的方式。当外星生命的第一个迹象最终被发现时，哪一个文明会更加优秀呢？无论哪种方法首先有所收获，它都将是地球上生命史上最伟大的一天！

博科园-科学科普｜文：Ethan Siegel/Forbes Science/S.W.A.B