金星上发现生命标志物，我们在宇宙中是孤独的吗？

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近日，美国有线电视新闻网报道，最新发现显示，金星浓厚的酸性云层中包含有“在地球上意味着生命的气体——磷化氢”，而在金星大气中也发现了另一种特殊气体成分——氨。磷化氢和氨都被认为是系外行星的生命标志物，这一发现引发了人们对金星上是否存在生命的猜测。
那么，我们在宇宙中是孤独的吗？
以下内容节选自《天文终极之问：我们是谁，我们从何而来，终将去到哪里》，较原文有删节修改。文中所用插图均来自该书。已获得出版社授权刊发。


《天文终极之问：我们是谁，我们从何而来，终将去到哪里》，［美］尼尔·德格拉斯·泰森 ［美］詹姆斯·特赖菲尔 著，符磊 胡方浩 王科超 译，江苏凤凰科学技能出版社2023年7月版。
任何一个人想要回答“生命是什么”和“我们是孤独的吗”这样的问题时，都会不可制止地受到自身知识的限制：我们迄今已知或研究过的唯逐一大类生命只存在于地球上。但是，系外行星上的生命可能在外观和功能上都不同于以往所观察到的任何东西，为了继续在那里寻找生命，我们需要承认自己有短视的倾向。
好久以前，在DNA测序和其他生物技能出现之前，我们曾将生命分为两类：植物和动物。但我们后来相识到，在这个星球上，单细胞和多细胞生物的多样性令人叹为观止。尽管如此，地球上所有已知的生命形式，包括动物、植物、原生生物、真菌、古菌和细菌，都有一个共同的基本化学结构，即它们都是以碳原子为骨架进行建构的。因此，可以明白的是，人们认为所有的生物都必须以这种方式构造——所有的生命都是碳基的，就像我们这个世界上的生命形式一样。
在好莱坞科幻题材的电影中，外星人通常都以类人形状出现，这展示了一种自我偏爱的倾向。为什么外星人非要像人类一样有牙齿、肩膀和手指呢？更进一步，为什么外星人看起来非要像地球上的植物或动物呢？如果宇宙中的外星人与我们的差异甚至比我们与大肠杆菌的差异更大，那么地外生命究竟会是什么样子呢？


我们是孤独的吗？人的天性驱策我们仰望和思考。
两种与我们不一样的生命发展途径
下面让我们一起探索两种与我们不一样的生命发展途径。
生命可能以其他原子而非碳原子为基础架构。其中一个很受科幻小说家欢迎的例子是硅基生命。
硅是一种很有吸引力的碳的替代品，由于它的电子结构与碳相似。
在元素周期表上，它位于碳的正下方，所以它也可以与4个不同的原子通过化学键结合，这是构建像DNA这样的复杂分子的有用性质。但是硅键往往比碳键更强，这使得硅不太可能形成复杂的分子，因此也就不可能形成复杂的生命。
与我们所知不同的第二种生命发展途径是，生命可能出现在并非由水构成的液体环境里。我们至少知道有一个地方存在不是由水构成的湖泊，那就是土星最大的卫星土卫六，它是太阳系中已知的唯逐一个表面有流动液体的星球。如前所述，在土卫六表面零下180摄氏度的环境中，液态甲烷和乙烷构成的湖泊延伸至它的两极。相比之下，地球上记载的最冷温度（在南极洲测得）是零下89摄氏度。
与土卫六极端低温的环境截然相反，我们也可以畅想一个表面布满熔岩的系外行星，那里的生命在灼热的熔炉中蓬勃发展。我们只是不知道在这样的极端高温下会发生什么复杂的化学反应，在那里可能会有完全意想不到的东西等待我们去发现。


系外行星巨蟹座55e的艺术图。它的轨道离其母恒星非常近，并被潮汐锁定，因此，整个朝向母恒星的表面很可能布满沸腾的岩浆。
到目前为止，我们只考虑了基于化学反应的生命，我们称之为化学偏爱。然而，富有想象力的科学家们已经推测了完全不同的生命形式所具有的复杂结构，例如电场和磁场之间的相互作用，或者星际云中的尘埃颗粒之间的静电作用力。这种形式的生命将会是什么样呢？如果我们甚至能用迟钝的人类感官感知到它们，可能除了最开放的思想者，其他人都无法明白吧。
宇宙中数不清的系外行星上令人惊讶的生命可能模式的范围，为我们提供了一个令人信服的证据：生命，无论智慧与否，并不是地球所独有的，也不可能不出现在其他地方，尽管地球上的生命形式诞生于一系列不太可能发生的、罕见的事件中。
毫无疑问，我们人类不喜欢认为自己是孤独的。很早以前，我们就在天空中安排了众生——神、魔鬼、外星人……我们的想象力是无限的。
太阳作为潜在生命家园的光彩逐渐褪去
直到20世纪，我们才掌握了用科学去检验我们对其他生命看法的技能。在18世纪，一些天文学家认为太阳可能孕育了碳基生命。固然这些生命不生活在太阳炽热的表面，而是生活在他们认为肯定存在的太阳的固体内部。有些人甚至想象，如果你把望远镜对准正确的方向，你可以透过太阳黑子看到下面有人居住的村庄。毕竟，那时我们还没有掌握或明白热力学这个物理学的分支。热力学告诉我们，沸腾的外部产生的热量会蒸发掉内部的任何一个村庄。
随着时间的推移，太阳作为潜在生命家园的光彩逐渐褪去，但其他奇怪的想法又冒了出来。例如在1837年，英国人托马斯·迪克（Thomas Dick）出版了一本标题夸大其词的书籍：《天国风景》或者说《行星系统展现的古迹，诠释神的完美和世界的多元化》。在这本书中，他宣称我们可以找到生活在土星环上的人类。


在1901年赫伯特·乔治·威尔斯（Herbert George Wells）所著的小说《最先登上月球的人》（The First Menin the Moon）和这部1964年的同名电影中，人类在月球地表下遇到了像昆虫一样的月球人。
到20世纪初，很多人仍然相信月球、火星和金星上有生命存在。例如，1901年，因其早期作品《世界大战》（War of the Worlds）而闻名的作家威尔斯，讲述了一名英国绅士前往月球寻找可呼吸的大气并遇到一个被他称为硒人（Selenites）的种族的故事。当美国著名天文学家珀西瓦尔·洛厄尔（Percival Lowell）开始出版有关他对火星的观测的书籍时，这种信念获得了一种权威的加持。洛厄尔把这颗红色星球想象成一个濒临灭亡的文明的家园，运河网络把水从两极运送到赤道——这是关于火星生命的又一个失落的想法。
今天我们知道，在像木卫二这样的卫星的地下海洋中最有可能找到生命（很有可能是微生物），火星表面下的含水层中也蕴藏着微弱的希望。
研究生命的科学家必须在该领域特有的障碍下工作。在公开场合，我们赞美地球的生物多样性，但在私下里，我们感叹这一切都可以追溯到一个单一的劈头，一个生命的单一例子。
太阳系中有100多个球形天体可与地球进行比力和对比，地球只是其中一员。顺便说一句，这就是为什么地质学系在我们的大学中变得如此罕见——它们已经演变成了行星科学部分。
然而，生物学家却没有这样奢侈的条件。地球上的每一种生物都由DNA分子控制同样的化学运作方式，这清楚地表明我们都是由数十亿年前地球海洋中出现的一个原始祖细胞演化而来的。
为什么这一点很重要？想象一下，假如你见过的唯逐一种水生生物是金鱼，那么你便会理所固然地认为所有的水生生物都是橙色的脊椎动物，喜欢淡水，以植物和昆虫为食。想象一下，有一天你第一次去海滩，看到了一只明白鲨，然后发现了一只水母，然后又偶遇一只螃蟹。你所知道的关于水生生物的一切都需要重新评估，海洋生物学和淡水生物学才会逐渐兴起。


由加州地外文明探索（SETI）研究所运作的艾伦望远镜阵（ATA）连续地开展巡天观测，以寻找太阳系以外智慧生命的迹象。
我们对生命的看法会发生怎样的变化？
如果我们发现了其他生命形式，我们对生命的看法会发生怎样的变化？
首先，地球上所有的生命都涉及碳原子在液态水环境中结合的化学过程。正如我们将在本章的别的部分看到的那样，几乎所有关于地外生命的思考都假定我们在外星发现的一切生命都具备这一特征。这就是前面提到的从金鱼得来的观点。
对于从未见过其他水生生物的人来说，想象地外生命就基于一条金鱼。他们也许可以想象出生命是如何在水中生存的，但想象并寻找一只虾、一种珊瑚或一头50吨重的鲸鱼需要更多的信息、时间，尤其是想象力。人类在缺乏信息的情况下，就很容易产生偏见或者偏爱的情感了。在其他地方发现生命可能会（也可能不会）迫使我们放弃这些偏见的源头。
·碳偏好：生命必须依赖碳原子吗？无论是科幻作家还是严肃的科学家，都曾思考过以硅等其他原子为基础的生命。
·水偏好：水是唯一能够支持生命形成过程的流体吗？氨和液态甲烷是其他可能性的代表，还有化学家将硫化氢列入候选名单，我们偶然在热水池周围闻到的臭鸡蛋味就源自这种气体。
·地表偏好：生命只能在行星的表面演化吗？在太阳系的很多地方，比如木星和土星的卫星上，大多数液态水不是在地表而是在地下的海洋中。并且，生命能否可以完全在气态巨行星的大气中演化并繁荣起来呢？
·恒星偏好：生命只能在环绕恒星的行星上发展吗？毕竟，盘算表明，比起围绕恒星运行的行星，可能在银河系中和银河系之外游荡的所谓的流离行星数量更多。生命可以不依靠恒星这一能量来源而发展吗？行星内部的放射性热量能代替阳光吗？
·化学偏好：我们必须要问一下，生命是否必须以化学为基础？如果生命需要能量流，一些理论盘算表明，电场和磁场的相互作用可能会发展出生命系统通常所具有的复杂程度。
顺理成章的是，质疑每一种偏好都会开启新的、越来越不可思议的生命模式。你想从哪里开始尝试呢？


早期的地球表面火山喷涌、毫无生机，经常受到彗星和流星的撞击，这些彗星和流星从太阳系的其他地方带来了生命的基本成分。
如果你计划实施一个大型搜索项目，那么正确地知道你在寻找什么是很有帮助的。
人们经常把寻找地外生命和寻找地外文明混为一谈，因此，让我们先从一项思想实验开始。在地球历史的不同时期，外星访客会如何看待我们的星球？
在最初的5亿年里，地球是一个飘浮在太空中的炙热、没有空气的球体，不存在生命，更不用说智慧生命了。
在接下来的30多亿年里，地球将是一个流落着绿色黏液的世界。流落着的相对简单的微生物从阳光中获取能量。这个世界存在生命，但它们显然还不具备我们所说的智慧。
在过去几亿年中的某个时候，外星访客会发现更复杂的生命形式。至于它们何时才能跨越智慧生命这一门槛，取决于你认为什么是智慧生命：是蠕虫、鱼？还是恐龙、灵长类动物或者猫？


地外社会学需要综合考虑来自整个银河系的智慧生命形式，《星球大战》中的宇宙酒吧是地外社会学的一个完美案例。
与其迷失在关于智慧定义的模糊辩论中，不如看看迄今为止我们是如何在系外行星上寻找生命的，并将其与我们寻找智慧生命的方式进行比力。
我们基本上是用光谱学来寻找天体生物学家所谓的生物征迹，即生物有机体在行星大气中产生的那些分子。这些分子包括来自光互助用的氧气和厌氧微生物产生的甲烷。但这种方法有一个问题：这些分子也可以通过尺度的化学和矿物学过程产生。例如我们知道，来自太阳的紫外线可以分解大气中的水分子，在无须生命参与的情况下产生氧气分子。目前，我们探测宇宙中智慧生命的唯一方法是寻找从系外行星上有意或无意发出的电磁信号，但这意味着我们将智慧生命定义为具有建造射电望远镜的能力。这也意味着，如果利用我们自己对智慧生命的定义，那么从200万年前能人（Homo habilis）生存的时代一直到19世纪这段漫长的人类历史，将不能被外星观察者看到。多细胞生物或者说复杂生命出现在大约10亿年前，据此盘算，被定义为具备发射无线电信号能力的智慧生命在地球复杂生命的历史中只占很小的一部分——大约0.00001%。


叠层石是由原始微生物所建造的一种生物沉积结构，图中展示的是位于澳大利亚的叠层石。虽然它们现在很少见，但建造它们的微生物在35亿年前曾是地球上最主要的生命形式。
以我们掌握的有限数据为基础，假设地球之外没有智慧生命，这公平吗？
尽管我们已经向火星发射了一批探测器，并让它们漫游在火星表面收集数据，但是科学家们仍在争论火星上是否存在微生物。换句话说，根据我们现在所知道的，我们生活的星系可能包含很多流落着绿色黏液的行星，其中也许有一些行星上生在世恐龙，但没有一颗行星向我们发送无线电信号，或者至少是任何我们可以探测到的信号。
原文作者/美］尼尔·德格拉斯·泰森 ［美］詹姆斯·特赖菲尔
摘编/何也
编辑/张进
导语校对/杨利

来源：https://view.inews.qq.com/k/20240809A042R400
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