宇宙寻“家”：火星、谷神星等或藏生命奥秘

本文围绕地外生命探索展开，介绍了火星、谷神星、超级地球HD 20794 d等星球的相关情况，阐述了生命起源的条件，分析了太阳系内行星的宜居性及生命存在的可能性，还提出了地外生命演化的诸多未解问题。

在浩瀚宇宙中，火星作为地球的“姊妹行星”，一直备受瞩目。它的大气层与地球相似，并且科学家已经明确发现了水的痕迹。自1960年起，人类就不断向火星发射探测器。经过大量的探测和深入分析，科学家们有了惊人的发现：大约40亿年前，火星曾是太阳系中最适宜生命生存的星球。这不禁让人们产生了一个大胆的想法：火星是否有可能重新成为宜居星球，成为人类的第二家园呢？

除了火星，位于火星和木星轨道之间的谷神星也引发了科学家们的期待。这颗由岩石和固态水组成的星球上，科学家发现了碳基有机化合物，而碳基有机化合物正是生命起源的关键物质。无独有偶，不久前，英国牛津大学宣布确认了一颗位于类太阳恒星宜居带附近的超级地球——HD 20794 d。这颗“超级类地行星”的信号早在2022年就首次被捕捉到。科学家认为，它存在液态水的可能性较大。

地球生命的起源以及地外生命是否存在等问题，一直吸引着科学家、哲学家，甚至普通大众的目光。了解地球生命的诞生过程，不仅能解答人类长久以来对自身起源的疑惑，还能极大地提高我们对复杂自然过程的认知。然而，无论是对于研究生命的生物学家，还是探讨人类世界观形成方式的知识论者来说，想要认识生命及其基本属性都并非易事。天体物理学家更是积极探索太阳系中的其他天体，试图找出是否有或曾经有生命存在。如果太阳系中有生命存在，那么太阳系之外是否还存在“其他地球”或其他“宜居”星球呢？

目前来看，即便在整个太阳系中，我们似乎仍是“孤独的存在”，因为我们只有地球这一个样本。从这个样本中，我们知道碳链是现存所有生命体分子的基本骨架。这并非限制条件，因为碳是在恒星中生成的，和氧、氮一样，它是宇宙中含量最多的元素之一，其含量高出硅元素10倍。我们还了解到，液态水是生命出现和演化必不可少的条件。而且，水也是宇宙中常见的分子，比如覆盖在星际尘埃颗粒表层的冰。但即便到了今天，我们也很难定量星际介质中以气体形式存在的水的丰度，这也是2009年春欧航局发射的“赫歇尔”号探测卫星的主要任务之一。

虽然我们目前只了解一种生命形式，但从宇宙的组成（原子、分子和聚合物）来看，我们没有理由把氨溶液中的硅链（硅基生命）等奇异的化学物质当作宇宙中其他星球存在另一种生命形式的证据。此外，水以液态形式存在是一个基本前提，而这需要特定的温度和压力范围。地外生命探索之旅将从这些成分入手，以此来定义“宜居”星球应该具备的条件（这并不意味着已有生命居住）。我们要注意的是，维持地球生命所需的温度和压力范围其实是非常广泛的。假设我们再增加一个额外约束条件：存在稳定的能量库（不管是以什么形式，尤其是在光及光合作用不存在的情况下，某些生物可以利用矿物质的化学能），为生命体的代谢提供能量。

太阳系中的其他生命

太阳系拥有数以千计的天体，包括行星、卫星、小行星、彗星等，它们的物理化学性质千差万别。近几十年来的深空探测项目让人类能够近距离观测这些天体，也让人们意识到研究地外生命这一科学问题的复杂性。从行星离太阳的距离来看，太阳系有3颗岩质行星理论上是“宜居”的，即地球、金星和火星，因为它们的表面有可能存在液态水。但实际上，只有地球表面存在液态水并孕育了生命。这里出现了生命出现的关键因素：大气圈及温室效应的存在。大气圈中的水通过三态循环（冰/液态水/水蒸气）完成能量的交换和从其母恒星上获得的光能的交换。

如今，金星的表面温度大约是500℃，液态水根本无法存在，显然也不适合生命生存。由于金星距离太阳较近，且其大气中95%以上为二氧化碳，这使得金星大气圈非常稠密，很可能曾发生失控温室效应，即由于金星距离太阳太近，它失去了调控其表面温度的能力。

火星面临的问题是引力过小，导致气体逃逸效率很高。尤其是水分子，当水汽进入大气并被太阳紫外辐射光解之后，氢的逃逸会使火星脱水。所以，如今火星大气圈较薄且主要为二氧化碳，大气压很低，不能产生足够的温室效应。不过，轨道太空探测器如ESA的火星快车探测器的最新探测结果显示，火星表面存在沉积层和沟壑，这意味着这颗“红色星球”表面的液态水环境可能曾持续了10亿年之久。如此长的液态水环境足以让生命出现并演化。那么，火星上的生命能否熬过太阳系形成700Ma后发生的猛烈的晚期重轰击呢？还是大撞击导致了表面液态水环境的消失？对于搜寻生命迹象的研究者来说，有一点很幸运，火星表面并没有像地球表面一样遭受到构造活动的不断改造。因此，我们仍有希望找到古火星生命的残迹。这也是为什么自1975年的海盗号到如今的勇气号、机遇号、凤凰号火星探测器，人类一直积极地在火星地表搜寻生命迹象。值得一提的是凤凰号火星探测器，它在火星北极冰盖附近发现了掩盖在表层尘土下的水冰，验证了火星奥德赛号轨道探测器的观测结果。尽管我们现在没有发现火星人，但如果过去火星上曾经出现过生命，那么生命仍有可能存在于火星地下还存在液态水的某些角落。此外，火星上的地质活动一直很活跃，火星最后一次火山喷发发生在2Ma。因此，现今我们仍不能完全排除火星上存在可为生命提供能量的氧化还原环境的可能性。

《史前星球》第一季（2022）剧照。

即便我们能够回答前面关于地外生命是否存在的问题，那么我们可能探测出来的地外生命又是如何进行演化的呢？我们已经探测到各种各样可能含有液态水的行星，肯定有很多潜在宜居星球环绕着格利泽581这样的恒星运行。由于这类恒星较冷（相比太阳的5900K，该恒星表面温度仅为3500K）且在红外波段和紫外波段的辐射都大大强于太阳（存在活动剧烈的色球层），其周围行星上的生命所遵循的演化途径很可能与地球生命的大大不同。能量交换又将如何进行？它们的机制和效率如何？会有何种光合作用？演化的速度会有多快？生命会演化到什么样子？与太阳不同，0.3M☉（太阳质量）的恒星的寿命近乎永生！如今还有很多悬而未决的问题等待我们去解开。

本文围绕地外生命探索展开，介绍了火星、谷神星、超级地球等星球的发现，阐述了生命起源所需的碳链、液态水和稳定能量库等条件。分析了太阳系内金星、火星的情况，指出火星曾有液态水环境且可能存在过生命，人类也一直在火星搜寻生命迹象。最后提出地外生命演化的诸多未解问题，激励人们继续探索宇宙生命的奥秘。