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水知道答案——寻找液态水,就是寻找可能的外星生命

来源:中国数字科技馆

    文/刘艳增

  2015年9月28日,媒体广泛报道:NASA宣称,火星表面存在着液态水。 

  部分阴谋论者当即表示,这是配合10月2日公映的科幻大片《火星救援》进行的宣传。 

  其实NASA的原话是这样的:利用高分辨率成像设备和紧凑型火星勘测成像光谱仪,发现了火星上存在卤水(高氯酸盐水)的光谱证据。 

  看完NASA的详细表述,有人开玩笑说:《三体》电影公映前,我们也可以发布一篇通稿——《震惊!半人马座发现三体人浸泡池!》 

  其实NASA一直都是标题党。

  今年10月22日,NASA表示将会发布一则“和月球有关”的“big  news”。一时间,全球的天文爱好者和相关机构又都兴奋起来,各种猜测与推演层出不穷——是生命吗?是有机分子吗?或者最低限度,是水吗? 

  冷静的人们已经明白,NASA现在也难,吸引公众关注已经成了他们第二要务,而第一要务当然就是太空探索本身。所以,不必对所谓的“big  news”报以过多期待。 

  果然,10月27日凌晨,《自然·天文》杂志发布了文章:《索菲亚天文台在月球光照区发现了分子水》。 

  说白了,月球上没有生命,没有有机分子,也没有普通人想象中的一片片亮汪汪的水洼。科学家们仍然只是通过光谱发现,月壤中存在含量为撒哈拉大沙漠百分之一的水分子。并且,这些水分子是被禁锢在一种叫作“撞击玻璃”的结构中,你可以把这种结构想象成琥珀——水分子就是那只被封死在树脂中的远古小虫。 

  一切回归理性,狂欢始终难以到来。 

  这消息之所以不能令内行人兴奋,是因为在我们这个宇宙中,水根本不是什么稀罕之物。水分子由两个氢原子和一个氧原子构成,而这两种元素在宇宙中的丰度分别排第一和第三。同时,它们又都是化学活性很强的元素,有无数机会大大方方地结合成水分子。 

  宇宙并不缺水,在太阳系中一样如此。 

  地球上的水如果全部变成液态,能够在地表形成几公里深的海洋。但很多人不知道的是,地球的含水量甚至比冥王星还要少。 

  哪怕是木星的一颗卫星——木卫二的含水量也比地球多得多。(地球和木卫二含水量对比图) 

水知道答案——寻找液态水,就是寻找可能的外星生命

  但在太阳系中,木卫二仍远算不上水量最多的星球,轨道远一些的木卫三上,存在着三十倍于地球的水。 

  这就结束了吗?不,远远没有。根据推测,天王星的水冰总量,是地球水量的四万多倍! 

  所以,在月球光照区发现少量水分子,实在不是什么值得欢呼的事。何况在更早一些时候,人类已经在月球两极直接探测到了水冰的存在。 

  听到“大新闻”的预告,就急切地联想到外星生命的人们,恐怕又一次失望了。 

  但在外星生命的搜寻中,水的确是不可或缺的条件之一。生命的基础是各种复杂的生物化学反应,液态水是一种极佳的溶剂,能让这些反应在其中顺利进行。找到液态水,就接近于找到了生命可能的发源地,这个说法并不过分。 

  所以水不重要,重要的是液态水。 

  2018年,NASA又一次声称,在火星南极冰盖下1.5公里处发现液态水湖泊。但是,这些水目前只是被探测到了,离真正开采利用还远得很。所以在《火星救援》中,可怜的马特达蒙为了浇灌土豆,不得不用联氨制造氢气,进而合成液态水,还因此炸伤了自己。 

  远古的火星上,液态水资源是相当丰富的,这已经被很多证据所证实。可惜的是,随着火星磁场的消失,大气层被太阳风剥离,水体也在强烈的辐射下分解并散逸了。目前火星上的水,大部分是以极冠冰盖和地下冰层的形式存在,把它们全部融化后铺在火星上,水的深度不会超过五米。 

水知道答案——寻找液态水,就是寻找可能的外星生命

  液态水的存在并不只有地球和火星。实际上,木卫二上面就存在一些200公里高的水气喷泉。科学家们认为,在木卫二10~30千米的冰壳下面,有深达100公里的海洋,那里常被想象成为木卫二生命的摇篮。 

  另一个被观测到水气喷射羽的星球是土卫二,所以它和木卫二一样,能够直接证明自身存在地下海洋。 

  但除了它们两个之外,人类也通过一些间接资料推测出,在木卫三、木卫四、土卫六,甚至冥王星、天王星地下的高压高盐环境中,也存在着巨量液态水体。 

  所以问题又来了:有液态水,就有生命诞生的可能吗? 

  科学家继续增加着条件:这要看液态水是在哪里发现的。如果在星体地表发现了稳定存在的液态水,就基本能够说明,这颗星体处在宜居带上。 

  反过来理解也成立——我们说一颗星球位于宜居带,就代表液态水可能会稳定存在——这是宜居带的核心特点。天体生物学家詹姆士·卡斯廷在1993年时估计,太阳系“持续宜居带”的宽度在0.95到1.15个天文单位(天文单位=日地平均距离)。地球恰好处于宜居带中央,而内侧的金星和外侧的火星则分别接近两个边界。 

  了解到太阳系宜居带宽度的比例,你就会明白地球的位置有多么不可思议——如果太阳是放映厅的银幕、奥尔特星云是最后一排座椅,那么太阳系的宜居带,仅仅有两根头发丝那么宽。 

  所以,事情好像变成了:只要在某颗恒星宜居带中找到行星,就可以假定其稳定存在液态水。 

  ——他们也是这么做的。 

水知道答案——寻找液态水,就是寻找可能的外星生命

  近几年来,在宇宙中发现宜居星球的新闻层出不穷。截至2019年,人类已经发现了200多颗处于宜居带的系外行星。从“超级地球”到“超级地球2.0”,从“开普勒-22b”到“比邻星b”,从距太阳系600光年的天鹅座到只有4.2光年的半人马座。似乎每一次新的发现,都在暗示着这个星球“离我们更近”、“和地球更像”、“看起来更适合移民”,甚至——“可能存在液态水。” 

  请注意,只是“可能”! 

  英国《每日邮报》报道称,科学家在对开普勒太空望远镜收集到的太空资料分析后指出,银河系内的每一颗红矮星,都会对应一颗和地球大小相近的适合人类居住的行星;但美国芝加哥大学与西北大学的科学家一项新研究表明,每一颗红矮星所对应的宜居行星数可能是两颗,这也就意味着,银河系内适合人类居住的星球可能多达600亿颗。 

  所以,按照宜居带思路来搜寻所谓的“宜居行星”,这个方向虽然说不上是已经破产,但其实已经没有太大的参考意义了。 

  那么,怎样才算是一颗真正的宜居行星呢? 

  仍然是詹姆士·卡斯廷教授给出了这个答案:在恒星周围的一个类地行星,拥有一个含有氮气、水和二氧化碳的大气,并且形成的气候可以维持以水为基础的生命。 

  所以在未来,我们不需要对新发现的“宜居行星”表示激动了——除非,他们给出了确切的证据,证明了那颗行星表面真的存在液态水。 

  毕竟,对于人类已知的生命形式来说,水可能最知道答案。 

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