流浪行星上会出现生命吗?探索宇宙

时间:2022-5-13 作者:admin
核心提示: 北京时间8月17日消息,据国外媒体报道,在合适的条件下,再加上一点点运气,宇宙中一些最不宜居的星球可能仍然存在生命。弗兰克·德雷克是美国著名的天文学家和天体物理学家,以创立搜寻地外文明...

流浪行星上会出现生命吗?探索宇宙

新浪科技讯 北京时间8月17日消息,据国外媒体报道,在合适的条件下,再加上一点点运气,宇宙中一些最不宜居的星球可能仍然存在生命。

弗兰克·德雷克是美国著名的天文学家和天体物理学家,以创立搜寻地外文明计划(SETI)与提出德雷克公式而闻名。在致力于寻找外星生命之前,甚至在还是个孩子的时候,德雷克就在思考是否只有地球才能孕育生命。他不是第一个,也不是唯一一个对这一问题感到困惑的人。事实上,这是一个意义重大的问题,其答案将有助于揭示人类在宇宙中的位置。

德雷克的沉思启发了他走上天文学研究之路,他还担任了波多黎各阿雷西博天文台的主任和SETI研究院的主席。该研究院致力于寻找地外文明,并探索宇宙其他地方存在生命的可能性。德雷克最为人所知的可能就是以他名字命名的方程,用于估计银河系中可能存在多少外星文明。该公式出现于1961年,通常被认为是寻找外星智慧生命新时代的开始。

然而,在这个著名方程提出几十年后,德雷克承认自己的估计过于保守。其中一个过于温和的假设是,一个可能有生命存在的地外星球肯定围绕着一颗恒星运行,这实际上忽略了流浪行星上存在生命的可能性。

流浪行星有时被称为“星系流浪者”或“孤儿行星”,这些寒冷、黑暗的星球在太空中孤独前行,没有可以“依靠”的恒星。很久以前,它们在形成时也围绕着一颗恒星,但后来被甩了出去,“被它们的父母抛弃了”。天文学家估计,银河系中可能有数十亿颗流浪行星——与恒星的比例至少是1∶1。

在这些寒冷、荒凉的星球上寻找生命似乎是徒劳的,但在过去的20年里,天文学家提出了许多可能的设想,认为没有围绕恒星运行的行星上也有可能出现生命。

超越适居带

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生命的出现和繁盛需要许多必要的环境条件,但其中有两个最重要的因素。一是某种液体溶剂,有助于在细胞之间运输对生命至关重要的矿物质和其他物质;二是生物体可以获取的能量来源,使其能继续生存和生长。

像地球这样的行星是生物体的天堂,因为它距离恒星足够近,拥有液态水的海洋(满足溶剂需求),以及能保证充足光合作用的可见光来源(满足能量需求)。如果地球离太阳太近,光线就会过于强烈,海水就会沸腾;如果地球离得太远,海洋就会结冰,植物就很难获得足够的光能来转换成化学能。事实上,地球的位置非常完美:既不太热,也不太冷,正好处于天文学家所谓的“宜居带”或“适居带”当中。

对地外生命的搜索一直以搜寻像地球这样的适居行星为主要方向。但许多天文学家认为,这种搜索策略显得有些缺乏想象力,并且毫无必要地附加了限制条件。谁说生命就应该和地球上的一模一样?

麻省理工学院教授萨拉·西格是系外行星搜索的专家,她和其他一些研究者认为,我们应该扩大对“适居性”的认识。她说:“我们到处都能见到形成生命的物质成分。一种观点认为,我们的星球上聚集了这些物质,因此如果其他星球上也有同样的生命成分,那么生命也应该能够以某种方式产生。”在萨拉·西格看来,这就意味着我们应该寻找那些围绕恒星运行,但处于传统适居带之外的系外行星,或者那些可能具有与地球不同生物化学特征的行星。

不过,这颗行星为什么要绕恒星运行呢?如果这是颗流浪星球,那它是否可能存在生命成分?

流浪的生命

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在2019年发表于《国际天体生物学杂志》(International Journal of Astrobiology)的一篇论文分析了在流浪行星外冰层下海洋中存在生命的可能性。如果一个类地行星被抛出其恒星的轨道,就会形成一个外冰层,星际空间的寒冷会使其海洋无法完全保持液态。不过,冰层也可以使行星内部与寒冷的外部环境隔绝,就像毯子一样。而在行星的核心深处,放射性元素将继续产生热量,由内而外使其升温。

这种外部绝缘和内部加热的共同作用可能会保护流浪行星的海洋不被冻住。如果地球现在被抛出太阳系,地球本身的放射性物质含量可能不足以阻止海洋结冰,地球也可能没有足够的水或地热活动来维持生命。林加姆和勒布认为,如果地球是在形成后不久被抛出太阳系的话,当时地核中会有更多的地热活动,则液态水海洋可能会继续存在。

在其他少数几种情况下,流浪行星也仍然能够维持液态水存在的温度。如果这颗流浪星球拥有稠密的氢气大气层,它也将起到毯子的作用,甚至可以让液体存在于星球表面,而不是在厚厚的冰层下。或者,如果一颗行星从恒星的轨道上被抛出,而它还附带着一颗卫星,那么这颗卫星就可以在行星潮汐力引起的摩擦中保持温暖。

因此,在流浪行星上,溶剂的需求可能会得到满足。但还有一个缺失的因素,那就是在可能有液态水的情况下,生物体代谢的能量从哪里来?它们从哪里获得维持自身生存的能量?

惊人的平衡

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为此,天文学家设想了一个不太可能的能量来源。某些星系被认为十分活跃,当物质落入其中心的超大质量黑洞时,会释放出强烈的辐射。如果这颗流浪行星靠近这个中心——所谓的活跃星系核——那它就可以利用黑洞发出的辐射为光合作用提供能量。

这种光在光合作用中的作用与极端紫外线对细胞的伤害之间存在着一种平衡。一些屏障,如土壤或表层数米的海水,也可能保护地下或海洋的生命不受紫外线辐射,同时允许足够的可见光通过,以促进光合作用。他认为,一个活跃的星系核或许能够支持一颗离星系中心不到1000光年的流浪行星上出现生命(相比之下,地球离银河系中心有25000光年)。

流浪行星上会出现生命吗?探索宇宙

即使满足了这些条件,我们能否在不久的将来探测到地外行星上的生命迹象仍然是一个悬而未决的问题。对于流浪行星就更加困难,因为天文学家不能像在研究典型系外行星那样,使用来自母恒星的光作为生命迹象可能的信号。这项研究要等待子孙后代去进行,这将非常困难。

在这样一颗行星上,生命会是什么样子?你当然可以想象它们会比微生物更大,但或许没有我们在地球上看到的最复杂的生物那么复杂。我们可能看不到海豚,或任何类似的高级物种。

但无论人类能否很快找到这些生命迹象,无论能否出现智慧生命,这些行星上存在生命的可能性就意味着宇宙中可能隐藏着丰富多样的生物。即使在地球上,我们也惊叹于极端微生物在地球上环境最严酷的角落中生存的能力。在黑暗寒冷的星际空间,在一颗流浪星球上,为什么就不能出现同样极端的生命呢?

也许生命是必然的,不仅仅是在适居行星的完美条件下出现的一场美妙的意外。

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