我们该到哪里去寻找其他星球上的生命?即使我们想着用望远镜去探索,答案依然十分复杂。已发现的外星行星的数量猛增至三千,这种难以置信的探索速度鼓舞了人们,让他们对某个问题有了更仔细的思考:如果要让一个星球适宜居住,都要考虑哪些问题?
传统的观点只是考虑到某个星球的表面可能会有液态水,但是就算是明白了这一点,事情也还是相当的复杂。最近人们想为这个问题再增加一些最新的观点,因此一篇发表在美国国家科学院院刊上的文章回顾并重新审视了如何能使一个星球更适合居住的问题。
这篇文章倾尽全力思考水到底应不应该成为一条衡量标准,已经有迹象表明土星的卫星土卫六的大气中有了适于生命的化学活动。但文章的作者们认为,除非我们确认土卫六上确实有生命存在,否则碳氢化合物构成生命这整个的概念就只能是一种推测。我们不应忽视任何与之有关的数据,但是它也许并不是我们应该付出时间与金钱去探求的。
外部极限
基于其为已知条件,科学家们便把注意力放在了水这种能在很小的温度范围内保持液态的物质上。这一范围的最大值根据早期对火星的观察确定,其表面已经被明确证实有水流动,尽管其现在的温度过低并不适合。那么为什么早先的时候很暖和呢?解释就是火星的厚厚的大气层中含有种类丰富的温室气体。
最初人们认为这种温室气体的加温效果在二氧化碳的温度低到开始冻结大气以外距星球较近的任何地方的时候就到了极限。但是模型显示早期的二氧化碳云团本身就具有加温作用,这一作用进一步扩大了宜居带的范围。如今这篇文章认为,我们应该把极限定义为受温室气体影响最大的地方,或者对一个类太阳恒星来说,是1.67个天文单位那么远的地方。这比1.77个天文单位,就是火星所在的位置要稍近一些。
什么能让事态发展呢?氢,只要氢与大气层中其他的分子发生了碰撞,其吸收光谱就会覆盖整个红外线光谱的热量。与二氧化碳不同,氢不会冻结大气层以外的地方。火星不足以大到在其大气层中留住氢,这样一来其中由氢引发的加温过程都很短暂。但是计算表明一个在大气层中含有丰富氢气的重星球可以确定使宜居带的范围延伸到差不多在土星的轨道上。
不幸的是这些星球离他们的母恒星很远,几乎反射不到其中的任何光线,除非我们有足够大的望远镜,不然很难确定它们的位置。鉴于此,科学家们建议人们就不要自寻烦恼了。
内部方面
宜居带内部的情况要更显复杂一些,金星也同样根据观察被设定了极限,因为在过去的一百万年中的任何时刻,其中不应该有水(金星处于天文单位为0.75的位置上)。更远的年代,水就是个问题了,因为温暖的温度将其赶到了有很强温室效应的大气中。离星星足够近,便产生了失控温室效应,温度足以蒸发这个星球上所有的水。这一切发生在天文单位为0.84的一个类太阳恒星上;随着母恒星的亮度不同,这种情况会发生变化。
但就算在更低的温度下也会出现问题,如果水蒸气进入平流层,紫外线便会破坏其分子链,使得氢散逸到太空中。经过计算,这种情况会发生在天文单位为0.95的位置,也就是地球正面临着失去水的危机。
作者们称这些估计太悲观了。这些估计基于一个名为1-D的行星大气层模型,实际上整个高度上只有一个核心。所有这些模型中的低层大气的水蒸气都处于饱和状态。但在地球上其实并不会发生这种状况,因为在不同的空间,水进入大气与落回地球的方式是不同的,这确保了低层大气的水蒸气永远不会饱和。这篇文章的作者指出这种现象会展示在一个3D大气模型中,在定义宜居带的内部边界之前,我们会好好商量这些问题的。
作者们考虑到的另一个选项是一个如沙漠般荒凉的星球。一个足够干燥的星球既能防止过热,同时又能在两极附近有液态水。是否果真如此要看这个星球的地质情况。然而由于矿物质会锁住一些水分或者限制水在地下循环,板块间也会经由俯冲作用和火山作用使水循环。这一切都说明,水在两极这种情况只能是暂时的。我们星球的历史上已然遍布冰川。
目标为何
所有的这些都应该加入每个送入太空寻找其他星球上的生命的望远镜的设计中,拜这篇文章的作者所赐,我们现在应该有能力推断出大致有多少个星球在绕着恒星转动。要明确对望远镜的要求,我们要将这些推测与对到底有多少其他星球适合居住,还有他们离自己的母恒星多远这些问题的估计放在一起考虑。
目前来看消息是好的。因为星球有很多,并且其中的大部分也在离恒星足够近的地方转动,这样我们就有了确定它们的位置并测定他们反射了多少光线的绝好机会。我们由此就能够制造出合适的设备了。
问题是我们越来越不确定我们该如何为我们的目标制定计划,与生命有关的小分子会进入大气层,但可能其所在的高度不够,我们无法侦测到。所以我们只能观察剩下的主要气体,例如都存在于我们大气层中的氧气和甲烷。放任它们不管的话,随着时间的推移,氧气会将甲烷转换成二氧化碳和水。正因为生命活动不断产生这两种气体,我们的大气层中才能一直有他们的身影。
问题就在于,只要有了合适的表面化学成分与大气构成,一个星球可以有我们能想到的几乎各种气体的混合物。因此,对于我们的目标要有一个清楚的认识,否则这会成为我们在其他星球上寻找生命的障碍。
但这个障碍只影响数据的解读,不影响数据的收集,还是能够提出个结论的——尽管这篇文章的作者没有这么做,所以向太空送入一些东西是值得的,借此我们可以看看其他星球的大气层到底什么样,科学家们一旦手头有了数据,就可以对生命展开讨论了。
【本文由大轩独家授权中国数字科技馆使用,未经许可请勿转载。商业或非商业使用请联系中国数字科技馆】