人类依旧孤独 | 深度解析“金星上发现生命标志物”背后的故事

发布: | 发布时间:2020-09-20,星期日 | 阅读:44

作者: 方玄昌

对于“发现金星上可能存在生命”这一爆炸性新闻,笔者的第一反应是压根不信——到现在依然不信。这不仅是因为金星表面炼狱般的环境,更在于笔者深刻理解从无到有创造生命的艰难程度,那远非“奇迹”两字所能形容。

图 | 金星

据报道,做出这次发现的研究者一开始很不愿意发表其结论明确的论文,原因也是觉得这一结果难以置信。多数读者恐怕不会意识到,如果这一“初步结论”真能得到证实,那将是科学史上有着里程碑意义的大事件。

本文将为你回顾人类探索地外生命的历程,并为你解读:生命的孕育,比公众所能想象的更加不可思议;如果真能在有生之年见证地外生命的发现过程,我们将是多么幸运。

不幸的是,本文或许会浇灭部分读者、尤其是科幻迷的热情。

火星探测:从异想天开到脚踏实地


科学家寻找地外生命的努力由来已久。用国内著名天体物理学家、国家天文台已退休教授李竞老先生的话来说,寻找地外生命不仅有非凡的科学意义,甚至还有哲学意义:它可以帮助确证我们是否真的唯一。

无疑,我们会先从较近的行星和卫星着手。太阳系中,四大气态行星先排除在外,它们显著不具备孕育生命的基本条件。水星离太阳太近,面向太阳的一侧过于炎热,任何生命物质都会被烤焦;金星的情况更加严酷,由于温室效应的作用,其表面温度比水星还要高得多,达 460 摄氏度以上,很难相信它上面会有生命存在。

第一个以温室效应解释金星表面异常高温的是著名行星科学家、科普作家卡尔·萨根;令人略感意外的是,也正是他,却认为金星上空的大气中可以允许微生物存在,原因是高空大气中有相对凉爽的区域,而金星曾经有过大约 20 亿年的液态水时期,可以孕育出生命。

——这次发现“生命标志物”磷化氢,正是在卡尔·萨根所“预言”的范围内。但这并不意味着其结果更可信。

最早人们寄予厚望的是火星。火星与太阳之间的距离比地球远不了太多,其表面温度可以允许液态水存在;早先天文学家及天文爱好者通过望远镜对火星做粗略的观察,发现火星表面有一些暗区,以及从暗区延伸出的细线,并且暗区会在冬季时缩小、夏季时扩张。人们由此猜测,暗区是水体或植被,细线则为河道。彼时,过于乐观的公众不仅认为火星上有生命,甚至猜测还可能有高等生命、智慧生命乃至于发展出了文明。

然而 1965 年,人类发射并第一次成功抵达火星轨道的探测器“水手 4 号”(1964 年 11 月 28 日发射升空),却打破了人们的幻想。它传回的照片显示,火星表面荒芜一片,这是一颗苍凉而死寂的星球。

但在火星上寻找生命痕迹的努力并未因此结束。科学家推测,大约 40 亿年前,火星与地球气候相似,表面也有液态水覆盖,但由于火星引力较小,大气中的水分在太阳风的“吹拂”下逃逸进入太空,经过数十亿年的演变而成为今天这副光景。“长久存在液态水”是孕育生命的重要条件,科学家于是把寻找火星上是否曾经拥有液态水环境的证据当成了重要研究目标。

1971 年 5 月发射升空的水手 9 号率先拍摄到了火星表面的峡谷、火山和疑似流水遗迹的照片。此后,“火星探路者”、“机遇号”和“火星探测轨道飞行器”等诸多探测器都分别发现火星表面曾有水以及火星可能有地下水的线索。2012 年 8 月登陆火星的“好奇号”更是直接找到了火星表面的水合矿物,有力证明火星上曾经有大量液态水存在。

液态水的存在仅仅是孕育出生命的必要条件之一,离“找到生命”还差得太远。目前科学家期盼的,是能在火星上寻找到曾经有过生命的化石证据;但迄今踪迹渺然。

希望·新希望

火星之后,人们认为最有可能存在生命的,是土星的最大卫星土卫六。

科学家很早就已经清楚,土卫六表面覆盖着厚厚的、橘红色的大气层,其大气中含有甲烷,而甲烷是生命代谢的产物(但它并非唯有生命活动可以产生)。卡尔·萨根在他的不朽科普著作《黯淡蓝点》中,专门用了一章的篇幅来介绍这颗橘红色的星球,并论证其表面某些区域存在液态水及孕育生命的可能性。

1997 年 10 月 15 日——彼时卡尔·萨根去世还不到一年——人类历史上最复杂、重量最大、飞行线路最曲折的外太空探测器“卡西尼号”发射升空,其任务是探测土星及其卫星,“卡西尼号”携带的子探测器“惠更斯号”则是专门为探测土卫六而设计。

经过近 7 年的飞行,“卡西尼号”于 2004 年 7 月抵达土星。这一年的 12 月 24 日,子探测器“惠更斯号”与母探测器分离,又花了 20 天时间才抵达土卫六。2005 年 1 月 14 日,“惠更斯号”在人类亿万眼光的共同注视下软着陆于土卫六。

“惠更斯号”最终发回数百张照片和一系列分析数据,结果显示,土卫六上确实有甲烷,但甲烷未免太多了,它们不仅作为主要成分存在于大气中,还以液态形式在这颗卫星表面形成了江河湖海——这么多的甲烷不可能来源于生物活动。并且这个由甲烷统治的低温恶劣环境,不太可能孕育出生命。

但失之东隅收之桑榆。就在“惠更斯号”给翘首企盼土卫六的人们泼去冷水之后不久,这项任务的母探测器“卡西尼号”却在土星的另一颗卫星、原先并不被看好的土卫二上有了一系列惊人发现。

2005 年,“卡西尼”探测器近距离观察土卫二南极喷射出的冰屑间歇泉——这是组成土星“大光环”的冰屑来源之一,科学家通过分析,推测土卫二有一个地下液态海洋。进一步的研究显示,土卫二地下海的海底可能由硅酸盐岩石构成,这种岩基环境适合复杂的化学反应,为构建生命的复杂有机物的出现创造了条件。

之后数年,“卡西尼”又有新发现:它探测到了土卫二地下存在热液活动的证据。这是迄今在地球之外发现的唯一热液活动,它为孕育生命创造了条件——地球海底的热液喷口附近生活着一些奇特的生物,有许多科学家认为这些区域是原始生命诞生的最佳环境之一。

到了 2018 年,美国宇航局宣布,他们在土卫二南极喷射物中探测到了复杂的有机分子,它们甚至包含 15 个碳原子。尽管它们依然不是唯有生命活动才能产生,但无疑,土卫二地下海洋中存在生命的可能性又大大提高了。

所有这些,都仅仅是给出了地外生命存在的一点点“可能性”;更确切地说,是给出了孕育生命的基本条件:水、有机物以及能量来源。

与土卫二拥有类似条件的,是体积大得多的木卫二。事实上,在土卫六希望破灭之后、土卫二被“卡西尼号”升级为新宠之前,木卫二有很长时间都被科学家看成是太阳系内最有希望发现地外生命的星球。木卫二被厚达数十公里至上百公里的冰层覆盖,由于潮汐力的作用,其冰层下方也拥有液态水,在冰裂缝中会形成高达 200 公里的喷泉。

可以说,木卫二就是一个加强版的土卫二。在这次“来自金星的消息”出现之前,笔者一直认为,土卫六希望破灭之后,下一个给出答案的应该是木卫二。与土卫二相比,木卫二尽管冰层要厚得多,“敲开”它不那么容易,但它距离地球轨道毕竟比土卫二近了一半,科学家考察它还是更方便一些。

生命起源的艰难

但对所有这些努力,冷眼旁观的笔者从未抱有某一天真的“发现地外生命”的希望。同时笔者相信,从事这些研究的大部分科学家也会跟笔者一样,不会认为那么容易就能找到地外生命存在的证据,他们做这些工作,更现实的目的是逐步推进人类对于这些星球的认识。

之所以这样说,是因为生命的诞生实在太艰难了。

在中小学阶段,生物学教科书不带感情色彩地告诉我们:地球生命起源于 35 亿年前。如此轻描淡写,显得生命从无到有很容易实现,似乎一颗星球只要具备一定的原始条件就必然会出现生命。

唯有真正了解一个最基本的生命体(单个细胞)的复杂程度,我们才能大致明白“生命起源”这四个字所蕴含的意义。以今天人类在化学、生物化学、生物学这三大学科所达到的理论高度,结合全球最先进的实验设备和技术,科学家依然不能以纯化学的手段,有目的地将一堆无机物和简单有机物合成为一个完整的、具有生命力的细胞。

现在,我们却要求大自然在漫无目的的状态下,将一堆同样的“材料”随机拼凑出一个具有遗传和代谢功能的生命体。

但它居然做到了。

它以整个地球为试验场,海底任何一个热液喷口、地表任何一片洼地、甚至任何一个小水滴,都是一个实验室。这数以万亿计的小型实验室,花了 10 亿年时间试错,最终成功了一次。

仅仅只成功了一次。我们依据细胞的基本功能结构,可以反推全球所有生命拥有一个共同的祖先、一个原始的细胞。

这是一个无穷大乘以无穷小,最终发现等于一的故事。现在存在一个问题:这个“无穷大”的基数,究竟是仅仅来自地球,还是来自整个宇宙?

——即便是那些坚定持唯物论的科学家和科普作家,有时也会提出疑问:我们会不会是整个宇宙中的唯一?

当年“惠更斯号”登陆土卫六时,李竞老先生曾经跟笔者表示,他更愿意相信生命(甚至于智慧生命)在宇宙中普遍存在;但在找到第一种地外生命之前,这种信念仅有哲学意义。

只为科学目的

现在让我们把话题拉回到金星。

自从 9 月 14 日“金星发现生命迹象”的新闻报出后,已经有诸多科学家对此发表了见解,多数对此持谨慎态度,意见大致可以汇集成三点:

该研究的过程可能有尚未察觉到的缺陷,结果存疑;

金星大气层下尚有我们不了解的一种非生物机制在制造磷化氢;金星大气层中或许真有我们目前难以理解的一种生命形态,有待于进一步研究确证。

包括研究者在内,没有一个严肃科学家断言金星上存在生命。

就在一些科学家关注太阳系内其它星球上有没有生命迹象的同时,另一些科学家将目光瞄准了更远的太空:寻找系外行星,尤其是类地行星。

所谓系外行星,即太阳系之外的行星;类地行星,则是指大小与地球相似、有着固体表面的行星。与之相对应的是类木行星,即如同木星一样体积巨大的气态行星。在太阳系中,火星和金星都属于类地行星。

第一颗系外行星发现于 1995 年,那之后科学家搜寻系外行星的手段突飞猛进,至今已经找到了数千颗系外行星,其中大部分属于类木行星。科学家希望能在剩下的小部分类地行星中,寻找到与地球更接近、表面允许液态水存在的行星环境。这项工作的目的,是探寻类似地球这样适合生命繁衍的行星在宇宙中是否普遍存在。至于它们表面是否存在生命迹象,目前的科学手段还难以检测。

你也许会问,寻找这样的星球,是否在为将来人类“移民”其它星球做准备?你想多了。基于目前的科学认识,人类在可预见的将来都不太可能实现星际旅行,甚至永远不能实现星际旅行。做这些研究,是为了纯粹的、不带任何功利性的科学目的。事实上,有太多基础科学,最初追求的都是纯粹的科学目的:从基本粒子的发现到宇宙起源与演化的推演,以及我们在太阳系内搜寻地外生命迹象,莫不如此。

——我们必须清醒:无论科学家在外太空找到多少宜居星球甚至发现地外生命,对于我们来说,地球,依然是唯一的家园。

终极天问

假如我们足够幸运,在有生之年真能见证科学家找到地外生命,那么后一个问题将是:智慧生命是否唯一?

地球这个试验场花了 10 亿年成功制造出原核生物,又花了 15-20 亿年,再次以撞大运的方式演化出真核生物——如同第一个生命体的诞生一样,从原核生物发展成真核生物,地球上也只成功了一次,所有真核生物拥有一个共同的祖先。真核生物具有更复杂的生命结构,为进一步发展为高等动物创造了条件,但它们还是以缓慢的速度演化了大约 10 亿年,才迎来寒武纪大爆发,生命种类骤然变得丰富;此后的 5.3 亿年,地球经历了几次物种大灭绝的劫难,才最终演化出智慧生命。

如果把地球生命的演化史同比压缩到 1 年,那么人类所经历的文明史仅仅只是最后的三四十秒。在如此漫长的演化过程中,任何一个小插曲的出现(或不出现),都将决定演化能否朝向智慧生命的方向。生命的起源属于超级奇迹,智慧生命的出现则是超级奇迹的平方。

如同卡尔·萨根、李竞等前辈一样,笔者也很愿意相信生命乃至于智慧生命在宇宙中并不唯一;然而宇宙过于浩渺,我们很难期望收到来自外星智慧生命的信息,更不要期望它们能跑到地球上来。

不过没关系,我们可以先去问候它们。问候的方式不仅有电磁波,还可以有实物“快递”。

1972 年 3 月 2 日,先驱者 10 号探测器发射,它带着人类送给外星智慧生命的礼物奔赴茫茫宇宙。随后的 1973 年 4 月 6 日、1977 年 8 月 20 日和 1977 年 9 月 5 日,另外三个人类信使,先驱者 11 号、旅行者 2 号和旅行者 1 号先后发射,各自朝着不同的方向深入太空。

先驱者 10 号、11 号分别携带着一个铜盘,上面刻有对智慧生命普适的图案,描述了地球人的特征,以及我们在银河系中的位置;旅行者 1 号、2 号则分别怀揣着一个铜制唱片,里面录制了 55 种语言的问候语(包括中国的普通话和粤语、闽南语和吴语)和各类音乐(包括命运交响曲和中国的高山流水古琴曲),以及夫妻吵架、婴儿哭闹和摔碎碗碟等日常生活中的各类声音。

铜盘和唱片的设计者都是卡尔·萨根夫妇。在此,科学家的烂漫情怀得到了淋漓尽致的呈现。

尽管旅行者 1 号是迄今速度最快、飞得最远的探测器,它早在 2004 年就已经飞离太阳系的物理边界(太阳风层顶),但这四个探测器要抵达各自最近的恒星附近,依然需要飞行数万年到数十万年。且不说银河系中是否存在其它智慧生命,即便真的有,它们捕获到这些信使的可能性也微乎其微;彼时,人类文明是否还留存于地球都是个问题。

孤寂的我们,依然是唯一明确的宇宙精灵。

明了生命的不易,当你再次仰望星空,也许会从世界观、宇宙观角度发起终极追问:我是谁?


来源:DeepTech深科技


 

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