梁宏軍

找到另一個地球？

這幅想象圖描繪的是“開普勒-22b”行星，它在一顆類太陽恒星的可居住地帶內(nèi)環(huán)繞這顆恒星。這是美國宇航局“開普勒”任務(wù)證實(shí)的首顆在“可居住地帶”內(nèi)環(huán)繞母恒星的行星。所謂“可居住地帶”，是指這里的行星能夠持續(xù)擁有液態(tài)水存在?！伴_普勒-22b”的大小是地球的2.4倍，它是迄今在太陽系以外發(fā)現(xiàn)的位于“可居住地帶”內(nèi)的最小行星?？茖W(xué)家不清楚它是一顆巖石行星、氣態(tài)行星還是液態(tài)行星，但推測它的大氣層中有云團(tuán)，就如同這幅想象圖中所示。

2011年12月，科學(xué)家宣布，“開普勒號”太空望遠(yuǎn)鏡首次發(fā)現(xiàn)了太陽系以外、位于“可居住地帶”以內(nèi)的行星；2011年11月26日，“好奇號”火星車從地球出發(fā)，前往火星尋找生命。這是在尋找地外生命方面的兩項(xiàng)最新進(jìn)展。雖然地外生命的發(fā)現(xiàn)看來不會在近期實(shí)現(xiàn)，但科學(xué)家不會放棄這種努力。那么，科學(xué)家究竟是怎樣尋找地外生命的？地外生命又可能存在于太陽系內(nèi)外的哪些地方？

“卡西尼號”的發(fā)現(xiàn)

未來將使用氣球、在軌探測器對泰坦進(jìn)行立體探測（想象圖）。

1997年發(fā)射升空，經(jīng)過7年、超過32億千米的漫長航程后，“卡西尼號”飛船在2004年終于進(jìn)入環(huán)繞土星的軌道。2005年，它朝著土星的62顆衛(wèi)星中最大的一顆——泰坦（土衛(wèi)六）飛去。這顆比水星還大的土星衛(wèi)星隱藏在一個厚厚的橘色大氣層下面，在此之前還無人看到過它的表面。但是，由“卡西尼號”釋放的、名為“惠更斯號”的一艘小型探測器，穿透了泰坦的云層和霧靄。由“惠更斯號”傳回的照片，讓地球人第一次目睹了泰坦的表面景象：有山脈也有峽谷，與地球表面驚人地相似。這些照片還揭示了科學(xué)家此前從未預(yù)想到的東西：泰坦表面散落著光滑的巖石，是通常發(fā)現(xiàn)于地球河邊的那種巖石類型。來自“惠更斯號”的數(shù)據(jù)告訴科學(xué)家，這艘探測器在泰坦表面登陸地點(diǎn)的周圍地面是濕的。

在泰坦上空數(shù)百千米處，“卡西尼號”的雷達(dá)探測了泰坦表面。它發(fā)回的圖像顯示，在泰坦的表面點(diǎn)綴著數(shù)百個湖泊，其中一個的面積達(dá)15540平方千米。這是一個驚人的發(fā)現(xiàn)——迄今為止，除地球外，泰坦是唯一已知在表面存在液體的星球。究竟是什么液體呢？泰坦表面溫度低至-179℃，所以這種液體不會是水，否則早就凍硬了。很快，“卡西尼號”搭載的一部儀器分析了反射自泰坦湖面的紅外光，其讀數(shù)果然與水不相匹配，而與液態(tài)甲烷和乙烷是一致的。甲烷和乙烷在地球上都是揮發(fā)性的易燃?xì)怏w。

“卡西尼號”發(fā)回的數(shù)據(jù)非常詳盡，令科學(xué)家能夠想象到站在遙遠(yuǎn)、冰冷的泰坦表面會看見什么景象：巨大的土星一動不動地穩(wěn)坐在泰坦天空，就像是通往另一個宇宙的門戶；泰坦表面不僅有甲烷湖，地平線上還能看見由水冰構(gòu)成的群山，這些凍得很硬的水冰的作用幾乎與巖石相同。在很大程度上，泰坦的奇異地貌就是被“甲烷水”刻鑿出來的?？v橫泰坦（從東到西），你還可能看見雷暴甚至雷暴群沖你而來。泰坦的天空中下著雨，但雨滴不是你熟悉的地球上那樣的水滴，而是甲烷液滴。由于泰坦表面的引力比地球的小許多，所以相對于地球，泰坦的甲烷雨滴不僅下落緩慢，而且雨滴很大。

泰坦表面有液體流動，這意味著什么？液體是生命的關(guān)鍵，如此看來，泰坦表面的液體或許支持生命的存在——如果有的話應(yīng)該是微生物，它們歡快地游弋在超低溫的泰坦湖泊之中。當(dāng)然，現(xiàn)在還沒有證據(jù)表明泰坦湖泊中存在生命，而一旦發(fā)現(xiàn)這樣的生命證據(jù)，就將從根本上改變科學(xué)家對地球以外的生命（簡稱地外生命）的認(rèn)識。如果生命在液體性質(zhì)截然不同的兩個世界——地球和泰坦上面都演化了出來，那么生命的演化可能就有許多其他方式，因而在許多不同的世界上都可能存在生命。

地球?yàn)槭裁础疤厥狻?/p>

地球成為一顆生命之星，是因?yàn)闈M足了生命三要素——有機(jī)分子、液體和能量源。

科學(xué)家尋找地外生命的第一個地方就是太陽系。那么，太陽系中除地球外，還有哪些地方有可能存在生命呢？從太陽出發(fā)，第一顆行星是水星。水星是由巖石和鐵組成的一顆小星球，是一個環(huán)境極端惡劣的所在。2011年3月，美國宇航局的“信使號”探測器成為第一艘環(huán)繞水星的飛行器，它發(fā)回了對水星的首批觀測圖像。水星與太陽的距離是地球與太陽距離的約1/3，水星面朝太陽時的表面溫度高達(dá)427℃，背對太陽時的溫度低至-179℃。水星是終極沙漠世界，任何類型的生命看來都無法在水星上存在。

在水星最近的鄰居——金星上，環(huán)境幾乎一樣充滿敵意。雖然金星與太陽的距離幾乎是水星的兩倍，但金星表面溫度仍然超過470℃。數(shù)十年來的觀測顯示，金星被包裹在二氧化碳和硫酸毒云里。雷達(dá)成像表明，在溫度高得足以熔化鉛的金星表面，分布著成千上萬座古老的火山。另外，金星的大氣壓比地球的高90倍。如此看來，金星上不可能存在任何生命。然而，基于對金星大氣的化學(xué)分析，科學(xué)家相信金星表面也曾有水流動。那么，金星上是否曾經(jīng)有過、或至今仍然有生命呢？證據(jù)尚待發(fā)現(xiàn)。

可是，作為從太陽出發(fā)的第三顆行星，地球上為什么會有生命？答案在于三個基本方面，或稱三要素。首先，所有生命都由有機(jī)分子構(gòu)成，生命的基本元素是碳，也包括氮、氫、氧等。雖然有機(jī)分子本身并不是生命，但它們是所有生物的基礎(chǔ)建材。第二，生命需要液體，例如水。在水中，基本有機(jī)分子能夠混合、交互作用，變得更復(fù)雜。第三，有能量源（比如太陽）為驅(qū)動一切生命的化學(xué)反應(yīng)提供動力，不管是最小的微生物還是最復(fù)雜的人。

數(shù)十億年前，這三要素都滿足后，生命就開始在地球上扎根。今天，哪怕在地球最嚴(yán)酷的環(huán)境中，例如最炎熱、最干燥的地方之一——美國加州南部的莫哈韋沙漠里，照樣有生命存在。令人驚奇的是，盡管這里的全年降雨量只有30厘米，生命三要素在這里卻一樣不差。沙漠巖石提供足夠的陰涼，從而阻止水分徹底蒸發(fā)。一些巖石下面有綠色層——細(xì)菌，這是因?yàn)閹r石下面比裸露的沙地濕潤一些，白色的巖石又是半透明的，于是巖石下面的細(xì)菌就能進(jìn)行光合作用。事實(shí)上，巖石下面的環(huán)境就像是微型溫室。

那么，地球是不是唯一滿足生命三要素的地方呢？尋找答案的一種方法，是調(diào)查像地球這樣的行星最初是如何具備這些要素的，而這要從太陽系在46億年前的誕生說起。當(dāng)時，隨著一團(tuán)巨大的氣體和塵埃云自身坍塌，壓力增加，云團(tuán)中心溫度升至幾百萬攝氏度，直到來自早期太陽的能量炸掉云團(tuán)的一部分。這就點(diǎn)燃了年輕的太陽系，為行星的形成拉開了帷幕。但一個長久未解的奧秘是：這個自旋的塵埃氣云，究竟是怎樣變成我們今天所見的大質(zhì)量行星的呢？

微小的塵埃顆粒怎樣變成為高爾夫球大小？高爾夫球大小怎樣變成為10米直徑大小？10米直徑大小怎樣逐漸變大，成為行星胚胎？科學(xué)家對這中間的許許多多步驟都還不甚了了，但許多科學(xué)家相信答案就隱藏在小行星里面。小行星是太陽系中最古老的巖石，是從太陽系早期存留至今的殘骸。

2003年，日本“隼鳥號”探測器踏上大膽之旅，目的是登陸一顆小行星，采集塵埃樣本，然后返回地球。“隼鳥號”要登陸的是絲川小行星，這顆大巖石的直徑為500多米，它以每小時90123千米的速度疾飛。登陸它的難度就好比是用一枚飛速前進(jìn)的子彈擊中另一枚飛速前進(jìn)的子彈。2005年，在遠(yuǎn)離地球2.9億千米的地方，“隼鳥號”成功登上了絲川星，只不過它在絲川星表面待的時間只夠取一次樣。2010年，“隼鳥號”終于把小行星塵埃帶回了地球。返程途中，“隼鳥號”搭載的激光裝置測量了絲川星的大小和質(zhì)量，這讓科學(xué)家得以確定絲川星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

絲川星不是一塊完整的巖石，而是由一堆較小的巖石組成，這些巖石個頭不一，從房屋大小到塵埃顆粒大小都有。在絲川星的內(nèi)部，應(yīng)該是一堆由引力結(jié)合在一起的更小的、更松散的巖石小行星，或許絲川星多達(dá)40%的體積都是空的。

以上發(fā)現(xiàn)或許揭示了像地球一樣的巖石行星的形成過程的最初階段。在數(shù)十萬年時間里，絲川星般的小行星不斷碰撞，變得越來越大也越來越熱。隨著引力增大，它們吸引更多小行星，最終升溫變成有著熾熱熔融內(nèi)核的巖石球體——原行星。電腦模擬表明，在太陽系形成后1000萬年內(nèi)，多達(dá)100個大大小小的原行星近距離環(huán)繞太陽運(yùn)行。那么，今天的太陽系為什么看上去與此迥然不同？科學(xué)家說，45億年前的原地球與今天的地球也完全不同。

彗星是“生命使者”

大碰撞最終造就了一個可居住的世界——地球。（想象圖）

在如今的地球表面，到處可見被撞擊炸出的黑色熔巖，我們腳下大多是玄武巖——熔融巖石的凍結(jié)物。然而，早期地球表面卻像一個熔融、沸騰的大汽鍋，大氣中二氧化碳濃度很高，還有硫酸（密集的火山活動的結(jié)果），空氣不可呼吸，天空為紅黃色。如此劇毒、嚴(yán)苛的世界，最終怎樣變成了今天我們所知的地球？頗有諷刺意味的是，一次巨大的災(zāi)難性事件塑造了能夠支持生命的地球——一顆火星大小的原行星撞擊了早期地球，碰撞力度之大，不僅熔化了地球表面，讓地球增加了個頭，還把熔融的巖石炸進(jìn)太空，最終聚合成月球。

地球并非是被巨大撞擊改變過的唯一行星。在數(shù)千萬年時間里，早期太陽系里的所有原行星反復(fù)碰撞，每一次碰撞都使一些原行星變得更胖。這場具有毀滅性的行星“臺球賽”，最終造就了今天所見的四顆巖石行星：水星、金星、地球和火星?？梢赃@么說，今天所見的這些“最終的行星”是這場“臺球賽”的勝者：一些原行星在比賽中被徹底摧毀或被逐出了太陽系，另一些原行星則存活至今成為真正的行星。

科學(xué)家想知道，這些碰撞怎樣創(chuàng)生了一個可居住的世界——地球。但要想查明一顆火星大小的原行星撞擊地球會出現(xiàn)什么后果絕非易事。這次撞擊無疑具有極高的速度?？茖W(xué)家經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)后，終于建立了電腦模型來重建撞擊全過程。在這個模型中，一端是一門60厘米口徑的大炮，以每小時9600千米的速度發(fā)射炮彈；另一端是一個高壓艙和代表地球、連接著精密傳感器的目標(biāo)物?？茖W(xué)家還真的做了試驗(yàn)，用40毫米槍發(fā)射100克子彈撞擊巖石或冰等不同材料，測量沖擊波穿越目標(biāo)材料時發(fā)生的情況，包括溫度等，然后將測量結(jié)果輸入電腦模型，模擬行星形成期的最后階段。

上述模擬尚未獲得決定性的結(jié)論，但暗示巨大碰撞在地球表面水的形成方面起了一定作用。模擬發(fā)現(xiàn)，碰撞非常劇烈，巖石被加熱到1480℃，足以把鎖閉在地球表面下的水以蒸汽形式釋放出來。在隨后數(shù)百萬年的地球冷卻過程中，這些蒸汽凝結(jié)成雨水降落到地面，在地球上形成了海洋。如果這種假設(shè)正確，那么地球在形成了好幾百萬年后就具備了生命三要素中的兩個要素：水和太陽能。那么，第三個要素——有機(jī)分子又是怎么出現(xiàn)在地球上的呢？

一些科學(xué)家相信，答案可能就隱藏在太陽系的外圍——比木星、土星、天王星甚至海王星更遠(yuǎn)的地方。在這個距離太陽48億千米的地方，有一個由彗星和其他殘余天體構(gòu)成的巨環(huán)——柯伊伯帶。與小行星一樣，彗星也是來自太陽系初期的殘余，但彗星成分中除了巖石外，還包括在如此遠(yuǎn)離太陽的地方凍結(jié)的冰。

一些科學(xué)家認(rèn)為，彗星是回答“有機(jī)分子怎樣來到地球”這個問題的關(guān)鍵。彗星的形成時間甚至有可能早于地球，彗星內(nèi)部因此凍結(jié)著太陽系早期的化學(xué)成分。但距離地球最近的柯伊伯帶彗星也在48億千米外，要想分析柯伊伯帶彗星的成分可謂難之又難。幸運(yùn)的是，冰質(zhì)彗星有時候會靠近地球。隨著它們接近太陽，它們開始升溫、蒸發(fā)，吐出冰和塵埃微粒。我們觀察彗星時看到的主要是彗尾，看不到由巖石和冰組成的小小彗核。受太陽風(fēng)拖曳，彗尾長度可達(dá)數(shù)百萬千米。

1999年2月7日，美國發(fā)射了“星塵號”探測器，其目的是：與一顆以每小時近96000千米的速度在太空中飛奔的彗星會晤，然后穿越彗星冰和塵埃，最終把其中一些樣本帶回地球。在距離地球3.86億千米的地方，“星塵號”靠近了“維爾特2號”彗星。它向著彗核進(jìn)發(fā)，一路拍攝了許多圖像。從這些圖像可以看出，彗核表面環(huán)境相當(dāng)險惡，有外形古怪、可能高達(dá)百米的尖塔狀結(jié)構(gòu)，有懸垂結(jié)構(gòu)，還有上翹層，仿佛這些地方被撕裂了一樣。彗核表面大部分呈黑色，但四處點(diǎn)綴著新鮮的冰。彗星上空幾乎一片漆黑，這是因?yàn)殄缧谴髿鈳缀蹩梢院雎圆挥?jì)。但黑色天空不時被以超音速噴發(fā)、由塵埃和冰微粒構(gòu)成的噴泉狀射流打破。

這些冰噴泉也轟炸了“星塵號”，轟擊速度是每小時近22530千米，比飛速前進(jìn)的子彈快得多。但“星塵號”挺過劫難，在2006年1月15日把彗星物質(zhì)樣本帶回了地球。這是人類得到的首批彗星材料，科學(xué)家在其中發(fā)現(xiàn)了超過1000個活性塵埃微粒。對這些微粒進(jìn)行了三年的分析后，科學(xué)家宣布了一個令人難以置信的發(fā)現(xiàn)：彗星塵埃中含有微量的甘氨酸，這種有機(jī)分子是生命不可或缺的成分。或許彗星形成時就凍結(jié)在內(nèi)的甘氨酸是由一系列簡單元素構(gòu)成的，這些元素在孕育太陽系的塵埃氣云里都存在。

甘氨酸是氨基酸的一種，是構(gòu)建生命的基礎(chǔ)材料之一。氨基酸組成蛋白質(zhì)和酶，催化人體內(nèi)部的一切反應(yīng)，沒有氨基酸就不可能有生命。事實(shí)上，從細(xì)菌到人體，地球上的一切生命都使用氨基酸。甘氨酸之所以特殊，在于它是制造蛋白質(zhì)所需20種氨基酸中最常見的一種。

上述發(fā)現(xiàn)意味著，彗星有可能是地球生命必需的有機(jī)材料的一個來源。那么，是什么使得彗星從太陽系外圍如此遠(yuǎn)的地方一路飛來撞擊地球，從而把有機(jī)化合物帶給了地球？有關(guān)線索可以到柯伊伯帶去尋找。雖然柯伊伯帶是位于太陽系邊緣的一個由冰質(zhì)天體構(gòu)成、圍繞太陽運(yùn)行的環(huán)帶，但觀測發(fā)現(xiàn)，柯伊伯帶天體并非整齊劃一地運(yùn)行，而是異?；靵y。而這種混亂很可能與太陽系最大的兩顆行星——木星和土星有關(guān)。木星大到能吞下1300個地球，土星包括其冰環(huán)在內(nèi)的質(zhì)量則是地球的95倍。既然個頭如此龐大，這兩顆行星的引力當(dāng)然也很大。

科學(xué)家推測，柯伊伯帶的混亂可能源自于一顆行星闖進(jìn)了它的內(nèi)部。為查明真相，科學(xué)家進(jìn)行了一系列電腦模擬。其中一個模型模擬的是今天所見柯伊伯帶中的情況。39億年前，土星每環(huán)繞太陽一圈，木星就環(huán)繞太陽兩圈，每當(dāng)兩者的軌道同步，它們就相互拖曳，于是引力激增，把土星軌道推離太陽，同時破壞了太陽系最外圍兩顆行星——天王星和海王星的軌道穩(wěn)定性，致使這兩顆行星不得不朝著柯伊伯帶猛沖，而這種行星入侵又導(dǎo)致柯伊伯帶中從直徑1600米到冥王星大小的彗星被撞出自己的軌道。在長達(dá)1億年的時期里，冥王星和海王星一路亂撞，將一些彗星踢進(jìn)了太陽系內(nèi)部。這個時期被科學(xué)家稱作“后期重型轟炸”。地球自然也未能逃過轟炸，很可能的情形是，地球上的每一寸土地當(dāng)時都遭到了轟炸。一種理論認(rèn)為，大量有機(jī)分子就這樣來到了地球上。后期重型轟炸的證據(jù)可能存在于太陽系其他行星和衛(wèi)星的表面，就是隕擊坑。

火星上有沒有生命？

“好奇號”火星車在火星表面尋找生命跡象（想象圖）。

既然彗星有可能把生命的基礎(chǔ)材料傳播到了整個太陽系，那么生命是否也有可能在地球之外的其他世界上起源呢？由于探測器沒有在金星或水星上找到水的證據(jù)，因此這兩顆行星上看來不可能存在生命。但火星呢？迄今為止在火星上尚未找到有機(jī)分子，但科學(xué)家正在火星上尋找生命的其他先決條件。至今已有許多探測器到過火星，它們的發(fā)現(xiàn)都暗示火星上曾經(jīng)有水流動。環(huán)繞火星的探測器所拍攝的照片，顯示出由史詩般的大洪水和狂暴的大河流沖刷出的巨大峽谷。但這些證據(jù)也表明，一切水在數(shù)十億年前就已從火星表面消失，當(dāng)時火星降溫并失去了大氣層。

然而，2008年5月25日，美國“鳳凰號”飛船登陸火星北極附近。它僅向下挖了幾厘米，就有白色材料暴露出來并在幾天后蒸發(fā)。土樣檢測顯示那是水冰。環(huán)繞火星的探測器分析了從火星南北兩個極冠反射回來的雷達(dá)波，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在一層凍結(jié)的二氧化碳下面有大量水冰，如果它們?nèi)咳诨?，深度超過25米的海洋將覆蓋火星全球。探測器還發(fā)現(xiàn)，在火星的沙漠地表下也普遍埋著冰。

不過，這并不意味著即將在火星上發(fā)現(xiàn)生命。在火星上，冰不會像在地球上那樣融化，因?yàn)榛鹦堑拇髿鈮哼B地球的1/150都不到，火星表面無論如何都不可能存在液態(tài)水?；鹦潜男袨榫拖竦厍蛏系母杀ü虘B(tài)二氧化碳），從固態(tài)直接變成氣態(tài)。今天的火星表面沒有液態(tài)水，意味著重要的化學(xué)反應(yīng)不能發(fā)生。如此看來，火星表面不可能存在生命。但火星地表下埋的冰中是否可能存在生命呢？

科學(xué)家前往地球上最冷之地，尋找回答上述問題的線索。南極洲的干燥山谷是地球上最極端的沙漠之一，沙層下面像火星那樣埋著冰。如果這里有生命，那么火星上會不會也有？在沙層與冰層交匯處，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一層薄薄的液態(tài)水，水樣中果然檢測到了微生物。雖然這些生命在提取出的水樣中只存在了很短時間，但這并不奇怪，一年中大部分時間它們都呈凍結(jié)和冬眠狀態(tài)，只在夏季最溫暖的幾周里活躍。而火星赤道的夏季氣溫能達(dá)到21℃，那里的地下融冰中的條件會不會與地球南極洲的相似呢？

如果探測器最終在火星上找到液態(tài)水，無疑將是一個重大發(fā)現(xiàn)，但水本身并不等同于生命。一個基本問題是：非生命材料究竟是怎樣演化出生命的呢？火星上一度存在的條件是否足夠創(chuàng)造出生命？最近的一個仍有爭議的發(fā)現(xiàn)為此提供了啟發(fā)。通過測量紅外光，地面望遠(yuǎn)鏡探測到火星大氣中存在一種神秘物——甲烷氣體的證據(jù)。這是一個耐人尋味的發(fā)現(xiàn)——地球上的部分甲烷氣體是由泥火山等地質(zhì)活動產(chǎn)生的，但大氣層中的大多數(shù)甲烷是微生物產(chǎn)生的廢物。

由凱克望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的新觀測暗示，火星上一些區(qū)域每年要釋放上萬噸甲烷，而且夏季的甲烷釋放多于冬季。現(xiàn)在還沒有足夠數(shù)據(jù)來確定火星上的甲烷來源，但無論是什么來源，都是一個可能改變對火星現(xiàn)有認(rèn)識的誘人線索，因?yàn)椴还苁巧顒舆€是地質(zhì)活動產(chǎn)生了火星甲烷，都表明火星是一個活躍的世界。

火星究竟有多活躍呢？為了回答這個問題，科學(xué)家正在讓新的探測器去火星尋找生命的基礎(chǔ)建材——有機(jī)分子。如果能找到，就意味著生命三要素火星都具備。為了尋找有機(jī)分子，美國宇航局2011年11月26日發(fā)射了有小轎車大小的火星車——“好奇號”，它搭載著迄今為止前往火星的最先進(jìn)設(shè)備組，計(jì)劃在2012年8月6日登陸火星?！昂闷嫣枴睂⒋蚰?、烘焙火星巖石，運(yùn)用分光計(jì)揭示巖石樣本中是否包含生命化學(xué)成分。

可是，即便擁有成套的先進(jìn)科學(xué)儀器，要想找到火星有機(jī)分子依然是一大挑戰(zhàn)，因?yàn)橛性S多過程可能摧毀有機(jī)分子。例如，來自太空的輻射會氧化火星大氣中的化合物，從而消滅可能存在的有機(jī)分子。因此，只能尋找因某種機(jī)制在火星環(huán)境中得到一段時間保護(hù)的那些有機(jī)分子。而“好奇號”要尋找的是由生命制造的更加特定的有機(jī)分子，是火星上可能存在或者曾經(jīng)存在過的生命。一旦找到火星上一度存在甚至依舊存在生命的證據(jù)，就意味著生命哪怕在太陽系里也起源過至少兩次，因此就有可能到處都有生命。

就算最終結(jié)論是——哪怕在那些最靠近地球的行星上也沒有生命，也并不表示就一定沒有地外生命。在比火星更遠(yuǎn)的地方，其他世界仍在等待我們?nèi)ヌ剿鳎鼈兙褪黔h(huán)繞氣態(tài)巨行星——木星和土星的遙遠(yuǎn)衛(wèi)星群。

誘人的歐羅巴

歐羅巴真的存在地下海洋嗎？（想象圖）

科學(xué)家曾經(jīng)確信，在太陽系中，生命三要素只能在與太陽距離合適的行星上才能找到。距離太近，行星表面就會很高溫；距離比火星還遠(yuǎn)，行星表面就會過于寒冷。然而，對太陽系外圍的探測結(jié)果卻對這種認(rèn)識提出了挑戰(zhàn)。

美國早在1977年就發(fā)射了“旅行者1號”探測器，目的是探索太陽系外圍。在距離太陽數(shù)十億千米的地方，由于極度寒冷，看來不可能存在生命。木星有超過60顆衛(wèi)星，“旅行者”飛近了其中的伊娥（木衛(wèi)一），并在木星的陰影中環(huán)繞這顆木衛(wèi)。

伊娥應(yīng)該是嚴(yán)寒、貧瘠的世界，但“旅行者”發(fā)現(xiàn)了完全出乎預(yù)料的東西。它發(fā)回的照片顯示，伊娥表面有數(shù)百座活火山，這是行星科學(xué)方面最重要的發(fā)現(xiàn)之一。后來的探測器進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，伊娥表面有多個巨大的熔巖湖。地球上的火山活動是由地球內(nèi)部熱量驅(qū)動的，而伊娥與地球相比很小，所以它幾十億年前就應(yīng)該冷卻了。因此，伊娥內(nèi)部必定有另一個能量來源。

通過觀測地球火山和研究來自伊娥的巨量探測數(shù)據(jù)，科學(xué)家想象出了在伊娥表面“行走”所見到的景觀。伊娥表面環(huán)境應(yīng)該敵意十足，沒有火山的地方很冷，有火山的地方卻很熱。伊娥當(dāng)然不會有大氣層，它的引力也只與月球相仿（僅為地球的1/6），所以你在伊娥表面只能跳躍，而不能行走。你在伊娥表面穿越巨大平原、從一座火山前往另一座火山的過程中，會聽見腳下嘎吱作響。在由火山噴出的熔巖流構(gòu)成的熔巖地中央，你會感覺地面很黑、很燙。

美國宇航局2006年1月19日發(fā)射、估計(jì)在2015年7月14日抵達(dá)冥王星-卡戎系統(tǒng)的“新地平線號”探測器，在經(jīng)過伊娥期間拍攝到了特瓦史塔火山的一次巨大爆發(fā)。巨大的硫煙柱射進(jìn)太空，高達(dá)320千米，隨后鋪開，最終像雨一樣落回伊娥表面，場面極為壯觀。一個應(yīng)該早已凍硬的衛(wèi)星上，哪兒來這么多的能量？伊娥火山活動的關(guān)鍵，就在于它的母行星——木星。伊娥是在橢圓而非正圓軌道中環(huán)繞木星的，每環(huán)繞一圈，伊娥都會遭遇木星及其他木衛(wèi)的引力推拉。當(dāng)伊娥最靠近木星時，它的直徑會延伸超過100米，數(shù)十億年來，引力在伊娥內(nèi)部產(chǎn)生了極大的撓曲作用，而這種持續(xù)的撓曲作用就像是在彎曲一張金屬板，而撓曲過程中產(chǎn)生的熱正是伊娥火山活動的能量源。

盡管伊娥遠(yuǎn)離太陽的溫暖，由木星極大引力產(chǎn)生的強(qiáng)大潮汐力卻創(chuàng)造了一種替代能源，在理論上有可能支持生命。如此看來，可能存在生命的地區(qū)就從地球延伸到了太陽系外圍。但是，伊娥存在生命的希望很渺茫，就算它有能量源，或許還有彗星和小行星在數(shù)十億年前帶給它的合適的化學(xué)材料，但科學(xué)家仍不能確定它是否具備生命的第三個基本成分：像水一樣的液體。

伊娥畢竟不是唯一的木衛(wèi)。1989年10月18日發(fā)射、1995年12月7日抵達(dá)木星的美國宇航局無人太空探測器“伽利略號”，探測了另一顆主要木衛(wèi)——?dú)W羅巴（木衛(wèi)二）?！百だ蕴枴币还步?jīng)過了歐羅巴12次，每一次的發(fā)現(xiàn)都令人激動。個頭比地球略小一點(diǎn)的歐羅巴表面為冰所覆蓋，“伽利略號”收集的數(shù)據(jù)顯示，其表面溫度低至-162℃，如此低溫顯然不利于生命的存在。然而，隨著探測器距離歐羅巴越來越近，它發(fā)現(xiàn)歐羅巴表面刻蝕著神秘的暗色裂縫網(wǎng)絡(luò)，歐羅巴表面下的物質(zhì)涌上來，然后凍結(jié)，由此填補(bǔ)了裂縫。

除了暗色裂縫外，探測器還發(fā)現(xiàn)了歐羅巴表面參差不齊的多個巨大冰原，看來它們不斷地融化、斷裂、再凍結(jié)……戲劇性地糟蹋著歐羅巴的表面。在科學(xué)家眼中，這是一種熟悉的模式，很像是地球上的海冰?！百だ蕴枴睂W羅巴磁場的讀數(shù)顯示，歐羅巴內(nèi)部存在電流，這與一個咸水海洋是一致的。

磁場讀數(shù)暗示，在歐羅巴冰殼下數(shù)千米深度，可能存在深達(dá)100千米的海洋，這顆小小衛(wèi)星的水量可能多達(dá)地球全部海洋水量的兩倍。一定有什么東西從歐羅巴內(nèi)部加熱這顆木衛(wèi)?？墒?，隱藏于歐羅巴冰殼下面的嚴(yán)寒海洋里，是不可能有來自太陽的能源的。那又是什么東西呢？關(guān)鍵還是在于木星——與折曲伊娥內(nèi)部巖石、把伊娥變成巖漿海洋的相同的木星引力，同時也融化了歐羅巴的冰，制造了歐羅巴的地下海洋，創(chuàng)生了歐羅巴冰殼的裂縫網(wǎng)絡(luò)。

科學(xué)家探索了最像是歐羅巴海洋的地球海洋。在距離北極320千米的地方，科學(xué)家把機(jī)器人送到冰原下陽光永遠(yuǎn)照射不到的北冰洋海域。在那里，火山活動不斷地把海底推開?？茖W(xué)家相信，相似的機(jī)制可能也出現(xiàn)在歐羅巴的地下海洋中。歐羅巴應(yīng)該有巖石內(nèi)核，這個內(nèi)核也被木星的潮汐力折曲著，并在此過程中釋放出熱量。

在躁動的北冰洋海底，機(jī)器人發(fā)現(xiàn)了極端惡劣的環(huán)境?；鹕絿娍趪姵鰷囟雀哌_(dá)371℃、充滿硫化氫等有毒化合物的超熱水（科學(xué)家相信這樣的情形也存在于歐羅巴的大洋底）。而在北冰洋洋底如此充滿敵意的一片漆黑之中，機(jī)器人照樣發(fā)現(xiàn)了生命——微生物覆蓋海床長達(dá)數(shù)千千米?？傊?，在最深、最冷、最熱的洋底，科學(xué)家都發(fā)現(xiàn)了此前從不知道的生命形式。這些微生物構(gòu)成了一個廣泛食物鏈的根基，它們不是運(yùn)用陽光來驅(qū)動重要的反應(yīng)，而是把硫、氫和甲烷作為化學(xué)能量源。這一發(fā)現(xiàn)提出了一種可能性——?dú)W羅巴地下海洋中或許也有生命。當(dāng)然，歐羅巴距離地球8億千米，要想派遣探測器去如此遙遠(yuǎn)的地方探索其地下海洋，難度之大是可想而知的。

驚人的恩克拉多斯

“卡西尼號”觀測到從恩克拉多斯表面噴射出的冰射流。（想象圖）

歐羅巴并非是太陽系外圍唯一令科學(xué)家感興趣的地方。在距離太陽更遠(yuǎn)的地方，環(huán)繞其他行星的其他衛(wèi)星上面是否存在類似的條件？旨在找到這個謎底的探測器之一是“卡西尼號”，它賦予了科學(xué)家迄今為止對土星系統(tǒng)的最好觀測。它搭載著迄今為止帶到太陽系外圍的最復(fù)雜的科學(xué)儀器，包括相機(jī)和光譜儀等，其任務(wù)是探索土星系統(tǒng)，查明巨大土星環(huán)的成因，調(diào)查部分土衛(wèi)。

發(fā)射七年后，“卡西尼號”終于進(jìn)入了環(huán)繞土星的軌道。它發(fā)回的照片顯示了前所未見的土星環(huán)細(xì)節(jié)，這些環(huán)的延伸距離長達(dá)數(shù)十萬千米，而在一些地方的環(huán)厚度僅為10米左右。通過分析反射光的波長，“卡西尼號”證實(shí)，壯觀的土星環(huán)是由數(shù)十億顆幾乎都是純冰的發(fā)亮“顆?！苯M成的，這些“顆粒”小到一粒塵埃，大到一座山峰。

在采集土星及其環(huán)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)僅八個月之后，“卡西尼號”飛向距離土星最近的土衛(wèi)之一、直徑不到500千米的小冰球——恩克拉多斯（土衛(wèi)二）。它發(fā)現(xiàn)恩克拉多斯有閃亮的白色表面，這與其他土衛(wèi)都不一樣。恩克拉多斯的表面既有裂縫，也有山脊。“卡西尼號”拍攝到了貫穿恩克拉多斯南極的四條平行的奇異大裂縫，科學(xué)家稱它們?yōu)椤盎⒓y帶”。它們長120千米，深度上百米，看上去就像是地球上的斷層線。

在另一次飛近恩克拉多斯期間，“卡西尼號”的熱成像感應(yīng)器揭示了令科學(xué)家始料不及的東西——雖然恩克拉多斯南極的虎紋帶應(yīng)該比這顆土衛(wèi)的其他地方都冷，但它們卻在輻射熱量，虎紋帶裂縫的溫度比其他地區(qū)高出不少。此后，隨著“卡西尼號”改換方向，它看見了被太陽映出的恩克拉多斯剪影，以及從這顆土衛(wèi)噴到太空數(shù)百千米高度的巨大冰射流。

科學(xué)家被這一發(fā)現(xiàn)驚呆了。難道恩克拉多斯也像伊娥和歐羅巴那樣有內(nèi)部能量源？科學(xué)家相信，隨著恩克拉多斯環(huán)繞質(zhì)量巨大的土星，引力帶來的摩擦導(dǎo)致這顆土衛(wèi)加熱，融化其內(nèi)部的冰，方式與歐羅巴上是一樣的?？茖W(xué)家還相信，恩克拉多斯的噴射流中包含液態(tài)水，它們先是蒸發(fā)，然后在與太空的寒冷真空相遇時凍結(jié)，噴射速度高達(dá)每小時1931千米。

受這一發(fā)現(xiàn)激勵，科學(xué)家決定讓“卡西尼號”穿越恩克拉多斯的噴射流并提取微粒樣本。經(jīng)過多次穿越后，“卡西尼號”的光譜儀在噴射流中探察到了一些有機(jī)物質(zhì)。這個發(fā)現(xiàn)讓科學(xué)家喜出望外，但它是否表明這個奇異的外星世界真的支持生命？科學(xué)家想象了恩克拉多斯表面的情景：隨著你靠近虎紋帶裂縫，你首先會看到白雪覆蓋的莽原和墨黑的天空。由于引力極小，你的行走更像是飄浮。如果太陽在你的背后，你就什么都看不見。如果太陽在你的前方，并且位置正好適合，那么你就會看見太陽系中最大的奇觀：詭異而巨大的噴泉射入很高很高的太空，噴泉煙羽中閃亮的細(xì)冰晶大多數(shù)最終飄回恩克拉多斯表面，形成茫茫白雪覆蓋“大地”。

由于“卡西尼號”搭載的儀器無法探察生命本身的跡象，所以至今尚未在恩克拉多斯的噴射流中發(fā)現(xiàn)微生物存在的證據(jù)。然而，在這些噴射流中發(fā)現(xiàn)了有機(jī)物質(zhì)這個事實(shí)，無疑會使得恩克拉多斯成為未來探尋地外生命的主要目的地之一?？傊?，在行星的衛(wèi)星上發(fā)現(xiàn)新的能量來源和可能存在的液態(tài)水海洋，實(shí)際上是在提醒我們：僅在太陽系中，就可能有地外生命的立足之地。

與此同時，在地球上取得的系列發(fā)現(xiàn)正在揭示，生命能夠忍耐科學(xué)家先前未曾預(yù)料到的更寬泛的環(huán)境條件。對極端環(huán)境的探測結(jié)果顯示，微生物能夠存活于異常干燥的沙漠，興旺于充滿毒砷的湖泊。洞穴壁上的黏滑細(xì)菌堆和硫酸一起滴落，這是因?yàn)樗鼈円揽坑卸镜牧蚧瘹錃怏w生活。在充溢著工業(yè)廢水的河中，細(xì)菌照樣如魚得水。總之，從嚴(yán)寒的冰川到超高溫?zé)崛瑥谋蛔贤廨椛渲丝镜纳衬降叵聨浊咨畹牡V井，再到陽光永遠(yuǎn)不能滲透的海溝，科學(xué)家都發(fā)現(xiàn)了具有驚人適應(yīng)能力的生命。

我們不得不思考：其他世界上此前被認(rèn)為很難支持生命的類似環(huán)境，是否值得我們再度探察？科學(xué)家最初尋找地外生命時，習(xí)慣于尋找與地球類似的條件，也就是有水、有能量源、有碳?？墒牵绻难莼绞讲⒉粏我?，不同形式的生命具有不同的生物化學(xué)基礎(chǔ)，那么，就算是那些最惡劣的地外世界，是否一樣能為生命提供基地？

望向太陽系以外

回到本文開頭?！翱ㄎ髂崽枴痹煸L過的泰坦星就是這樣一個世界?！翱ㄎ髂崽枴痹谒拇髿庵刑讲斓搅擞袡C(jī)分子，這提示了泰坦存在生命的可能性。更受關(guān)注的則是泰坦表面的液態(tài)甲烷。在泰坦上，液態(tài)甲烷的作用很像是地球上的水，那么甲烷是否也能像水一樣成為生命的一種根基，使得有機(jī)分子能夠在“甲烷水”中溶解、混合以及交互作用呢？科學(xué)家正在對此進(jìn)行調(diào)查。他們相信，如果生命要想立足于泰坦，首先得發(fā)生一種基本過程。根據(jù)普遍認(rèn)可的理論，這種過程已經(jīng)發(fā)生在早期地球上并最終制造了人類。這個過程就是，生命的原始成分——有機(jī)分子溶解于水中。一旦溶解于水，各種有機(jī)分子就聚集一堂，相互反應(yīng)，形成更大、更復(fù)雜的分子，最終以某種方式變成生物。

與此類似，生命要想在泰坦上找到機(jī)會，其基礎(chǔ)建材就必須能溶解于液態(tài)甲烷中?？茖W(xué)家想了解這是否可行，為此，他們首先復(fù)制了“卡西尼號”在高高的泰坦大氣層中探察到的有機(jī)物質(zhì)。接著，為了模擬泰坦的能量源，科學(xué)家用電火花點(diǎn)燃試管內(nèi)的氣體（模擬泰坦的大氣成分）。結(jié)果產(chǎn)生了與泰坦大氣中相似的有機(jī)分子：試管底部的褐色殘留物。為了模擬泰坦的湖泊，科學(xué)家在試管中灌入甲烷，用液氮讓試管降溫至-179℃。此時甲烷液化，正如它在泰坦的超低溫表面的狀態(tài)。

問題是：液態(tài)甲烷中會溶解哪些東西？隨著時間推移，如何形成復(fù)雜的有機(jī)結(jié)構(gòu)？這些有機(jī)結(jié)構(gòu)是否會成為另一類生命的開始？無人知道生命究竟是如何起源的，但科學(xué)家感興趣的是有機(jī)分子是否會溶解在像甲烷這樣的液體中。如果答案是肯定的，就暗示：哪怕在超低溫之下，生命所需的化合物也能在不是水的液體中存在。可以肯定，如果泰坦上存在生命，它們將與地球上的生命截然不同。

泰坦、恩克拉多斯、歐羅巴和伊娥顯示，就算是在太陽系以內(nèi)，也有潛在的地外生命立足點(diǎn)。那么，在廣袤得難以想象的太陽系以外，是否也具備生命三要素，也有各種各樣的奇異生命呢？銀河系中有幾十億顆像太陽一樣的恒星，圍繞這些恒星運(yùn)行的行星則有幾百億顆，那么這些行星上是否也存在生命？如果存在，我們是否能找到它們？

科學(xué)家正運(yùn)用太空望遠(yuǎn)鏡瞭望深空，尤其是那些類太陽恒星誕生的地方，比如獵戶星云，那里位于太陽系以外1500光年，新的恒星群正在從那里的巨大塵埃氣云中孕育出來。在閃爍的恒星之間，可以見到小小的暗色斑。事實(shí)上，年輕恒星被直徑超過800億千米的稠密的塵埃和氣體盤環(huán)繞，暗色斑代表著一個新的恒星-行星系統(tǒng)的形成。隨著塵埃微粒、冰和氣體的碰撞、凝集，這些旋轉(zhuǎn)的氣云或許有朝一日會形成行星和衛(wèi)星，這也可能正是太陽系的形成原理。

太空望遠(yuǎn)鏡揭示，這樣的旋轉(zhuǎn)氣云盤在宇宙中非常普遍。但是，這些年輕的恒星-行星系統(tǒng)是否能產(chǎn)生具備生命要素的類地行星呢？為了尋找答案，科學(xué)家來到了位于夏威夷的莫納克亞山（死火山），在這里能觀察到宇宙氣體和塵埃云的更多細(xì)節(jié)。研究來自幾百光年外的光線絕非易事，需要靈敏度和精度都很高的儀器，而莫納克亞山上的凱克望遠(yuǎn)鏡正是這樣的儀器。這部雙望遠(yuǎn)鏡是地球上最強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡之一。運(yùn)用它以及光譜儀分析發(fā)射自早期恒星-行星系統(tǒng)內(nèi)部的紅外光，科學(xué)家就能知道這些系統(tǒng)的組成。

這些研究結(jié)果對科學(xué)家很有激勵作用。在一些遙遠(yuǎn)的恒星-行星系統(tǒng)中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了存在碳、氧、氫的證據(jù)，而這些元素是制造生命基本原材料所需要的關(guān)鍵元素。更讓人感興趣的是，在一些塵埃和氣體盤里，這些成分看來位于與母恒星正好合適的距離，因而理論上有可能形成類地行星。問題是，這樣的行星是否真的存在？

為了回答這個問題，科學(xué)家掃描天空，尋找?guī)浊Ч饽晖馄渌阈侵車赡芤呀?jīng)形成的行星。這種找尋的難度很大，原因很簡單：行星不發(fā)光。但是，運(yùn)用致力于尋找太陽系以外的行星的先進(jìn)望遠(yuǎn)鏡，科學(xué)家找到了應(yīng)對上述挑戰(zhàn)的辦法。如果你觀察一顆恒星，它看起來亮度一直不變。而事實(shí)上，如果有一顆行星在環(huán)繞這顆恒星，那么行星每一次經(jīng)過恒星的正前方時，都會遮擋恒星的一點(diǎn)點(diǎn)星光，恒星會因此稍稍變暗。不難理解，行星個頭越大遮擋的恒星星光越多。通過觀察恒星星光的定期性變暗以及變暗的程度，就可以知道行星的大小和軌道周期等情況。

不奇怪的是，用這種辦法找到的大多是會阻擋較多星光的巨行星。通過觀測這些行星對母恒星的引力拉動作用，科學(xué)家算出大多數(shù)巨行星都是由氣體組成的，因而不可能支持生命。所以，找到像地球這樣個頭不大的巖石世界最為關(guān)鍵，這也是尋找太陽系以外的地外生命的最基本條件。

在太陽系以外發(fā)現(xiàn)地球大小的行星是更巨大的挑戰(zhàn)。當(dāng)這樣的行星經(jīng)過母恒星前方時，只能阻擋母恒星星光的極少部分。而“開普勒號”太空望遠(yuǎn)鏡就是要探察這樣微妙的星光變暗。它的目標(biāo)是：聚焦一小塊太空，仔細(xì)觀察其中的15萬顆恒星，尋找環(huán)繞這些恒星的地球一般大小的行星。至今，“開普勒號”已經(jīng)找到了數(shù)千個新行星候選對象，并且發(fā)現(xiàn)了真正的地球大小的巖石行星。2011年12月，科學(xué)家宣布“開普勒號”已發(fā)現(xiàn)了與母恒星之間的距離處在“可居住地帶”以內(nèi)的行星。所謂“可居住地帶”是指恒星周圍的一個環(huán)帶，這里的行星或衛(wèi)星與母恒星之間距離既不太遠(yuǎn)（因而太冷），也不太近（因而太熱），從而使得行星或衛(wèi)星表面可能存在液態(tài)水，因而也就可能讓生命居住。

不過，就算最終發(fā)現(xiàn)了位于“可居住地帶”的行星，這樣的行星上最終也被證實(shí)有液態(tài)海洋，而且還可能有生命，但它們距離地球卻有數(shù)萬億千米之遙，我們又怎樣才能探察到它們上面的生命呢？美國宇航局的“詹姆斯·韋伯”太空望遠(yuǎn)鏡或許將在這方面有所建樹。這部望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃于2020年之前進(jìn)入軌道，它的觀測能力是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的三倍。它將分析穿越了距地球最近的類地行星的大氣層的星光，在其中尋找比較切實(shí)的生命跡象。為什么說“比較切實(shí)”呢？如果類地行星像地球一樣有氧、甲烷、二氧化碳和氮，就意味著可能有生命在類地行星上制造這些東西，而生命制造的這些產(chǎn)物與非生命制造的相同產(chǎn)物相比具有不同的特征。借助于“詹姆斯·韋伯”，通過辨別不同的特征或者說生命產(chǎn)物的典型征兆，就有可能判斷類地行星上是否真的存在生命。顯然，要想找到地外生命，還為時太早。