探尋外星生命,科學家為何要以地球生命為參照

圖片說明:木衛二冰層之下的海洋世界被認為可能適合生命生存

隨著“歐羅巴快船號”探測器的發射升空,人類對外星生命的探索又邁出了重要一步。此次任務將深入探索木衛二冰層下的海洋,去尋找這顆星球上潛在的生命宜居環境。有人會問:天文學家為何總是基於地球上的生命形態來尋找外星生命的跡象?難道外星生命不可能與我們截然不同嗎?

對科學家而言,尋找外星生命就像在一個陌生的地方玩捉迷藏。如果你在自己熟悉的家中玩捉迷藏,你很容易想到床底、衣櫃、沙發後面這些常見的藏身之處。但在陌生的環境中,挑戰就在於那些難以想像的隱秘角落。

儘管科學家也在努力尋找新的方法來探測外星生命,但目前他們仍是以地球的生命形式為藍本來探尋,因為這是科學家能夠想像到的範圍。那麼,在這場星際捉迷藏中,科學家能否揭開那些未知生命形態的神秘面紗呢?

近距離的探尋

在太陽系內的行星上尋找外星生命,無疑是最直接也是最簡單的途徑。

早在1976年,美國國家航空航天局(NASA)的“海盜1號”任務就踏上了在火星上探尋生命的征途。作為地球近鄰的火星,尋找其上的生命跡像是“海盜1號”首要且至關重要的科學使命。當著陸器穩穩的降落在火星表面後不久,它便開始試圖在這片異域土壤中挖掘出任何生命存在的蛛絲馬跡。

圖片說明:1976年8月,海盜1號著陸器拍攝的火星照片

當時的科學家們深知,火星上的生命可能與地球上的截然不同,因此他們並未局限於尋找特定的生命體或分子。相反,他們設計了一系列實驗,旨在捕捉生命活動的微妙跡象,而非僅僅局限於物質形態。

例如,地球上的植物通過光合作用汲取能量、茁壯成長,這一過程離不開陽光與二氧化碳的參與。於是,“海盜1號”的科學家們巧妙設計了一項實驗,用以檢測火星土壤是否具備吸收空氣中二氧化碳的能力。

實驗中,著陸器從火星表面採集了土壤樣本,對其施以光源照射,並精密測量了二氧化碳是否被土壤所吸收。然而,實驗結果並未顯示出火星土壤中存在光合作用的痕跡。

此外,著陸器還搭載了另外兩個實驗:一個使用二氧化碳氣體,另一個則利用糖和氨基酸,它們都是地球上生命所青睞的“美食”,可以用來檢驗火星土壤中是否存在微生物的生長跡象。最終,這三個實驗的結果讓大多數科學家得出了這樣的結論:火星表面很可能不存在生命,至少不存在進行光合作用或依賴糖類生長的生命。然而,科學家依然無法斷定火星地表之下是否隱藏著生命的遺蹟,甚至也許現在還有生命潛藏在火星表面深處。

遠距離的探索

相較於在太陽系內的探尋,尋找太陽系之外的生命無疑更加艱巨,需要依賴截然不同的技術手段。

距離地球最近的系外行星比鄰星B,距離也有約4.2光年。這些遙遠的星球遙不可及,以目前的科技水平,人類還無法派遣探測器進行實地探測。

在系外行星上探尋生命,就像在鄰居家裡玩捉迷藏,而你只能透過窗戶窺視,無法親身涉足。你可能會在某個恰當的視角中發現某個藏身之處,但你卻無從知曉還有多少隱秘的角落未曾被你的目光所觸及。

圖片說明:哈勃太空望遠鏡拍攝的比鄰星,它距離我們約4.2光年遠,是距離太陽最近的恒星,它圍繞它運行的行星中是否有生命存在?

像詹姆斯·韋伯布太空望遠鏡這樣的頂尖觀測工具,能夠揭示系外行星的大小、到中心恒星的距離,甚至可能探測到它們大氣中的氣體成分,但這也僅僅局限於這些基本信息的獲取。科學家又該如何利用這些信息來探尋生命的蹤跡呢?

天文學家們最初是通過尋找氧氣來探尋生命的。因為在地球上,生命活動產生了大氣中大部分的氧氣,或許某個行星上的氧氣也是由外星生命所製造的。然而,隨著研究的深入,科學家發現氧氣同樣可以通過非生命的方式產生。因此,天文學家們如今不再僅僅局限於尋找氧氣,而是將目光投向了氧氣、水、甲烷和二氧化碳等氣體的組合。因為科學家認為,沒有生命的行星不太可能同時擁有這些氣體的組合。當然,這一判斷也並非絕對!

圖片說明:由於特定的元素會發出特定波長的光,科學家可以根據其光譜確定遙遠行星的大氣層是由什麼組成的。

通過尋找這些氣體的組合,就像在捉迷藏遊戲中走到沙發背後去一探究竟。科學家們並不確定會發現什麼,但他們能夠看到的藏身之處畢竟有限,因此每一個可能的地方都值得去嚐試和探索。除此之外,科學家還能去哪裡尋找呢?

科學家究竟在玩什麼遊戲如何探尋外星生命?

捉迷藏與探尋外星生命之間存在著兩個本質的區別。

首先,在玩捉迷藏時,你通常知道有人在和你一同遊戲。然而,在探尋外星生命的道路上,科學家卻並不知道宇宙中是否存在著其他生命。或許宇宙中空無一物,也或許外星生命就在我們周圍的恒星附近的臨近星系中悄然存在。直到找到確鑿的證據證明地球之外存在生命時,科學家才能確定生命在宇宙中的普遍程度。

其次,大多數科學家並不認為外星生命在故意躲藏,只是我們尚未發現它們的蹤跡而已。有些理論認為更高級的文明可能會刻意避免被發現,但研究人員認為在太陽系內這種可能性在太陽系內並不大。

大部分天文學家和天體生物學家都深知,如果僅僅局限於尋找類似地球的生命形式,那麼可能會錯過那些截然不同的生命跡象。然而,畢竟科學家還從未真正探測到外星生命的存在,因此如何開展探尋工作確實是一項巨大的挑戰。在這種情況下,從某個可行的方向(即以地球生命的形式為參照)著手探索總比毫無作為要好得多。

利用“海盜1”號”等探測器的實驗或是尋找氧氣等手段也許並不能確保科學家找到外星生命,但這樣做或許會擁有好運的眷顧,即便沒有,科學家也能夠排除一些顯而易見的可能性,從而將精力更加集中地投入到那些更加難以捉摸的線索中去。這也正是為何目前科學家要以地球生命為參照尋找外星生命的原因。(編譯:文星)

策劃:劉鯤 李培元 張超 楊柳

審核:北京天文館研究館員李昕