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宇宙遍布外星人

透過望遠鏡的鏡頭,我們看到無數的天體,太陽和地球不過是宇宙中普通的滄海一粟。其實,太陽系這樣的天體系統並不算「普通」,從恆星的類別上看,太陽之類的恆星只是銀河系中的「少數民族」。所以當我們尋找外星人的時候,不能只盯住類似太陽系的天體系統,首先應該考察考察銀河系中最主要的「民族」——紅矮星。

沒有大氣層,一切免談

當我們抬起雙眼,仰望夜空的時候,我們其實遺憾地錯過了銀河系恆星中數量最多的一類,即紅矮星。我們的銀河系中70%多的恆星都是紅矮星,或者叫做M型矮星,它們比我們旁邊的這顆光芒四射的太陽體積小,溫度低,也更加暗淡。它們的光芒實在是太微弱了,如果不藉助望遠鏡,我們不可能看到任何一顆紅矮星。

實際上,其他星系的情況與銀河系類似,各個星系中「人口」最多的「民族」毫無疑問是紅矮星。但是長期以來,很少有天文學家投身到紅矮星的研究中,幾十年來,科學家認為紅矮星附近根本不可能有智慧生命。

讓科學家如此「看不起」紅矮星的原因,是這類天體的體積和亮度與我們的太陽相差甚遠。大多數紅矮星的直徑和質量不到太陽的三分之一,它們的表面溫度低於3500K(開氏溫度),而太陽的表面溫度則是6000K。於是,紅矮星釋放出的光芒比太陽弱很多,有時它們的光度甚至只有我們太陽的萬分之一。

恆星沒有足夠的光能釋放,它周圍的行星只能是冰冷死寂的世界,比如在2006年,天文學家曾經發現了一顆與地球大小差不多的行星,它圍繞著一顆紅矮星旋轉,到紅矮星的距離是2.6個天文單位(1天文單位就是地球到太陽的距離,大約是1.5億千米),比火星到太陽的距離稍微遠一點兒,可是這顆系外行星的表面溫度卻是-220℃!

紅矮星周圍也並非不可能存在溫暖的行星,但前提是,行星必須和紅矮星十分「親密」,兩者之間的距離非常小。比如2005年人們首度在紅矮星旁邊發現了行星,這顆行星的質量與海王星接近(相當於16個地球),到紅矮星的距離只有0.04個天文單位(約600萬千米),受到紅矮星光芒的恩澤,這顆行星表面的溫度達到了150℃,雖然比水的沸點還高,但畢竟讓人們看到了紅矮星旁邊出現溫度適宜行星的希望。

可惜,有些天文學家連這點兒希望的火苗也給掐滅了。他們指出,如果要讓紅矮星的旁邊出現類似地球這樣的溫暖行星,行星與紅矮星將靠得非常近,它會被紅矮星的引力完全鎖定,也就是行星的一面永遠正對著紅矮星,而另一面永遠背對著紅矮星。

這一幕我們其實並不陌生,看一看夜空中的月亮,它永遠以一面示人,直到太空時代人們發射了繞月球的探測器,月球另一面的真容才被人們了解。這種鎖定其實是潮汐力造成的,地球的引力會讓月球發生變形,這樣的變形會減緩月球最初的自轉速度。長此以往,導致月球的自轉周期和公轉周期變得一樣,於是我們在地球上就只能看到月亮的一面了。

紅矮星旁的行星也是如此,潮汐力最終讓行星的自轉周期和公轉周期一致了,它面向恆星的一面,完全暴露在紅矮星的照射之下,而另一面則被永恆的黑暗籠罩。在地球上以分子形式存在的氣體,比如氧氣、氮氣等,到了紅矮星旁邊的行星上,要麼被輻射分解,要麼被徹底凍住了,這樣的星球上不可能出現真正意義的大氣層。而且由於行星旋轉速度過低,行星的磁場會很微弱,沒有自身磁場對紅矮星射線的防禦,大氣層就更不可能出現了。實際上,地球大氣層能夠形成,是因為強大的地磁場阻擋了太陽輻射,保護了氣體不被分解。

沒有大氣層對溫度的調節和對地表的庇護,紅矮星旁行星生命的誕生只能是痴人說夢。

臭氧層不是地球的專利

被紅矮星鎖定的行星註定就不可能有大氣層嗎?天文學家曾經很悲觀地這樣想,但如今他們已經不那麼悲觀了,希望來自兩個發現,其中一個發現是,在一顆紅矮星旁邊的行星上面,天文學家居然觀察到了臭氧層!

臭氧層名字雖然不雅,但卻是很寶貴的東西。臭氧是三個氧原子構成的分子,臭氧層可以阻擋恆星的紫外線。地球大氣層中就存在著臭氧層,它大幅度減少了太陽紫外線的強度,保護了在地表活動的生物,當然也包括我們人類。近些年來,由於人類的工業活動,地球臭氧層遭到了一定程度的破壞,在極地上空甚至出現了臭氧層空洞,對空洞下面的動植物的生存構成了很大的威脅,這讓人們非常擔憂,還因此全球禁止使用過去冰箱所使用的一種製冷劑——氟利昂,因為這種化學物質會分解臭氧。在紅矮星旁的行星上居然發現了臭氧,這真是個天大的喜訊!

現在推測,正是紅矮星的紫外線分解了行星上的氧氣,氧原子再重新「洗牌」,形成了臭氧,大量的臭氧升空,反過來阻擋了紅矮星的紫外線。臭氧層會大大增加行星上出現生命的概率,讓人們對在紅矮星附近尋找新的生命形式有了更大的信心。

另一個發現來自美國宇航局的研究人員,他們計算後認為,包含了二氧化碳氣體和水蒸氣的行星大氣只要達到了地球大氣密度的10%,就足以把行星白晝一面的能量輸送到黑夜一面,雖然還不足以讓這顆行星「寰球同此炎涼」,卻會讓行星白晝與黑夜交界處相當大的範圍內出現溫度比較適宜的區域,給生命誕生提供適宜的溫度條件。

雖然在行星黑夜的一面,水可能還是會以固態存在,但如果海水足夠深,加上可能存在的大氣層從白晝一面輸送來的熱量,在黑夜一面冰蓋的下面,也許會存在液態的水。行星的地熱能也會讓海洋底部保持一定的溫度,甚至是高於冰點的溫度。

聽上去這樣的行星環境依然很殘酷,其實如果把它和早期的地球放在一起,讓原始生命在兩個星球中選擇一個作為家園的話,地球還真不一定勝算。早期的地球同樣只有稀薄的大氣層,和可憐的一點點原始海洋。兩個星球的自然環境可謂半斤八兩。

生命需要的只是時間

也許「唯地球獨尊」派的門徒們會搬出現在的地球來叫板紅矮星旁的行星,如今地球上花紅柳綠、草長鶯飛,紅矮星旁邊的那些冰冷行星和我們溫暖的藍色家園相比,真是相形見絀。然而,地球能有今天的風光,和幾十億年來生命對地球環境的改造是分不開的。如果地球上沒有生命出現和繁衍,地球今天會是什麼模樣呢?

火星的模樣!

美國送到火星表面的火星探測車已經發現了火星上有水的痕迹,比如有些火星礦物只能在水環境中形成;繞火星飛行的探測器也拍攝了大量的火星照片,上面清晰地顯示了流水沖刷的溝渠模樣。當然,這些水的痕迹並不代表火星表面現在還有河流縱橫,火星只不過「曾經滄海」,在這個星球最開始的10億年中,火星表面的確有河流、湖泊,還會發洪水,一切都和那時的兄弟星球——地球的面貌類似。

但是,由於地球上有生物,特別是古老厭氧生物氰細菌,它們吸收二氧化碳,釋放出氧氣,經過複雜的過程,不僅改變了地球大氣層的成分,還讓地球大氣層變得更濃厚了。反觀火星,始終沒有形成足夠濃厚的大氣層,其大氣壓力只有地球大氣壓力的1/150,在這麼低的大氣壓下,火星表面的液態水會在很低的溫度沸騰,大部分變成氣體跑掉,其餘一點殘存的水分只能轉入地下,或成為深藏不露的地下水,或變成地下永凍層。而火星地表則變得永遠荒涼乾燥。

所以,生命並非在被動地適應環境,生命實際上是宇宙最偉大的發明,它們具有主動改造環境的能力,而且也的確能把環境改造得更適合自己生活。所以當我們看到紅矮星旁行星上的殘酷環境時,不必太過悲觀,只要給生命足夠的時間,它們就可以改天換地,打造出一片樂土。

是的,只要有時間!時間是紅矮星旁行星最大的優勢,是我們的太陽系和地球絕對無法相比的優勢!

同我們的太陽相比,紅矮星體積和質量都要小許多,這導致它的內部雖然也在發生核聚變,產生出能量,但核聚變的速度明顯比太陽要慢,紅矮星內部的引力也不足,所以不能把氦元素聚合,產生更重的元素,也不可能像太陽暮年時那樣,會膨脹成紅巨星。因此,紅矮星的壽命可以達到幾百億年甚至更長,比宇宙現在137億年的壽命還漫長,所以直到現在,我們在宇宙中還看不到任何一顆死亡的紅矮星。

我們的太陽現在已經50億歲了,正到中年,再過50億年的時光,太陽就壽終正寢了。可是距離太陽系最近的恆星——比鄰星雖然比太陽年長几億年,在太陽死亡時它卻還處在其生命的少年時期,因為它就是一顆核聚變緩慢的紅矮星,估計其壽命可以達到千億年以上!

紅矮星壽命如此之長,在它雖不強烈、卻足夠持久的光芒照耀下,周圍的行星中誕生生命的可能性,甚至可能比太陽一類的恆星周圍的行星還要大。在我們尋找外星人的活動中,其實我們不要目光只局限在類似太陽的恆星周圍,宇宙中數量眾多的紅矮星旁邊,同樣對生命敞開了空間。我們不必把望遠鏡只對準類似地球的行星,那些和紅矮星靠得很近的行星上,說不定早已是生機盎然。

該死的耀斑爆發

等一下,我們會不會過於樂觀了?生命若想在紅矮星旁邊安營紮寨,就不得不面對一個非常要命的問題——紅矮星頻繁的耀斑爆發。

想不想欣賞一下上萬億顆氫彈爆炸的景象?這一幕當然不可能發生在地球上,小小的地球承受不住這樣的打擊。我說的是恆星的耀斑,也就是恆星表面出現的大爆炸。一次耀斑爆發釋放的能量非常巨大,會在幾分鐘內向外釋放出大量的輻射,範圍從無線電波到X射線,集中轟炸周圍的行星和衛星。

相對來說,我們的太陽還算客氣,它只是偶爾來一次耀斑爆發,能量釋放也有限。但是紅矮星則不然,它的另一個名號叫做「耀星」,其實說它是「妖星」更合適。耀星出現耀斑爆發時,亮度會在幾分鐘內增大幾個星等(每差1個星等,亮度差2.5倍)。比如1948年鯨魚座的一顆耀星的亮度在3分鐘內增強了11倍之多;在1952年,這顆耀星更是在20秒之內亮度就增加了75倍!離太陽系最近的比鄰星是一顆耀星,而第二近的巴納德星,許多學者懷疑它也是耀星。

為什麼暗淡的紅矮星脾氣會如此暴躁?這還得怪罪它的核聚變。我們已經知道,紅矮星由於體積和質量小,僅僅剛達到發生核聚變的及格線,所以它的核聚變過程不僅緩慢,而且還不穩定,於是紅矮星總是時不時地來那麼一次耀斑爆發,這對於紅矮星的壽命沒有什麼影響,但卻對行星上可能孕育的生命有致命的破壞。

強烈的輻射會摧毀有機分子內的化學鍵,讓有機分子解體,紅矮星旁邊的行星會在很長的一段時間裡頻繁遭受耀斑爆發的打擊,行星表面暴露在強烈輻射之下的地方,是不可能允許有機大分子出現的,因此也就不可能出現生命形式,畢竟生命是由許多有機大分子構成的。

如果生命抵禦不了紅矮星的頻繁耀斑,我們在尋找外星人的時候,只好把所有的紅矮星都排除在外了。

奧里利亞星球

天無絕人之路,耀斑也阻擋不了生命的頑強。讓我們來看看奧里利亞星球上的生物。

這是科學家假想的一顆星球,它和地球的大小差不多,圍繞銀河系中的一顆紅矮星運動。這個假想的世界其實有一個比較真實的版本,那就是距離我們20光年處天秤座方向的一顆恆星和它旁邊的一顆行星。這顆行星是2009年被發現的,質量大概是地球質量的7到14倍,算是一顆超級地球,從它和恆星的距離判斷,這顆行星上可能有液態水。

在假想的奧里利亞星球上,白晝一面和黑夜一面的溫度差造成了永無休止的颶風,如果星球上有液態的水,颶風會在液態水形成的海洋中掀起巨浪。暴風雨灑向陸地,製造出河流和沼澤地,給生命的出現創造了條件。

在我們的地球上,有些生命生活在海底的熱泉附近,比如一些類似小螃蟹的生物。還有一些生物在陰暗、潮濕的洞穴中生活。我們可以有把握地猜測,至少在一部分的紅矮星旁的行星上,會出現海底熱泉和洞穴環境。

假如一些生物在洞穴中誕生,它們將有機會逐漸適應從洞穴深處到洞口的環境。耀斑爆發是最大的麻煩,而洞穴生命有充足的時間去演化出防禦結構。比如,這些洞穴中的生命可以演化出不透明的保護殼,當外界環境突然變得明亮無比時,它們會迅速躲入自己的殼中。當防禦能力逐漸提高後,洞穴生物甚至可以走到洞穴的外面活動。

除了洞穴之外,行星的群山中也會有一些永遠處於陰影的地區。別忘了,行星已經被紅矮星完全鎖定,站在行星上觀察,天空中的「太陽」是靜止不動的。在這些永久陰影地區會有一些山峰反射過來的光線,讓生命得以利用,而且在耀斑爆發時,這裡受到的影響也相對較小,這就給生命提供了災難來臨時的避難之所。

海底熱泉附近的生命可能會更加艱難,因為熱泉一般位於深海的底部,雖然巨大的水體幫助它們阻擋了耀斑爆發的輻射,但在熱泉和海面之間,隔著深深的海水,它們沒辦法一步步適應環境,最終衝出海面。難道它們就只能永遠地在熱泉旁邊「生老病死」嗎?

沒那麼悲觀。看看我們地球,在夏威夷群島或者冰島這樣的地區,島嶼旁邊會出現一些淺水環境,如果紅矮星旁的行星上也存在這樣的環境,海底熱泉生物就有了逐漸適應環境的機會。它們可以在淺水區逐漸磨練自己,演化出抵抗耀斑爆發的身體結構。當能力逐漸增強後,它們最終會從海洋衝出,走向陸地。

在地球上,許多植物有堅韌的表皮層保護內部結構;一些爬行動物進化出了厚厚的鱗片;即使是哺乳動物,在皮膚的表面也有一層死皮,哺乳動物的毛髮其實也是死的。由此可見,生物進化出防禦結構並不是多麼困難的事情,在自然選擇的作用下,沒有防禦結構的生物被淘汰,有防禦結構的生物存活下去,並把防禦結構逐漸發揚光大。在紅矮星旁邊的行星上,厚厚的鱗片層或者死皮層就可以在耀斑來臨時保護動物的身體,又不影響它們的日常活動。

也許有人會對紅矮星旁生命的後代擔心,那些「嬌嫩」的小傢伙們能否在猛烈的耀斑爆發中活下去呢?在地球上,一些動物把自己的蛋產在泥土中,後代在泥土中孵化出來。對於紅矮星旁的生物來說,它們的後代可以在泥土或者任何能阻擋耀斑輻射的地方成長,先呆在那裡,直到自己也長出了防禦結構後,再到陽光普照的地方活動。當然,也許會有一些小傢伙一出生,身上就自帶了防禦結構,即使在出生第一天就遭遇到耀斑襲擊,它們也可以安然無恙。

我們應該對紅矮星旁邊出現生命充滿信心。根據天文學家的觀點,紅矮星不會永遠暴躁,隨著年齡的增大,紅矮星發生耀斑爆發的頻率也逐漸下降,直到完全停止。

所以,就算惹不起紅矮星的耀斑,但生命總躲得起吧!那些中老年的紅矮星偶爾還會有耀斑爆發,但往往要幾萬年到幾百萬年才會出現一次,而此時紅矮星的餘生依舊悠長,足以讓旁邊行星上從容演化出生命,讓生命進化出智慧生命。

我們會不會高估了這些生命對抗耀斑爆發的能力呢?說實話,我們並沒有賦予奧里利亞星球的生命什麼超能力,只是設想它們同樣具備一部分地球生物的能力,比如鱗片這樣的防禦結構、在泥土中孵化後代的習性,等等,只要有這些很普通的能力,就足以對抗耀斑了。因此,我們確實沒有高估它們的能力。

生命在紅矮星旁邊萌發,註定不會是一帆風順的,行星被鎖定,耀斑頻繁爆發,要適應這樣糟糕的環境並不容易。但地球早期的生命就容易嗎?早期地球的氧氣含量很低,從天空中傾瀉下來強烈的紫外線,但許多靠呼吸氧氣維生的生物還是生存了下來,並等來了發展機遇,還演化出了我們人類這樣的智慧生命。

也許此時此刻,在恆星中最大的「民族」——紅矮星旁邊的一些行星上,生命之樹正在萌芽並茁壯成長。既然在紅矮星旁邊,生命完全可以誕生並演化,那麼我們完全可以自信地宣布,外星人遍布在宇宙中。


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