行星更加適合生命存在
表面上看，宇宙是黑暗的、寒冷的，并且充滿了致命的輻射，但是，生命或許已經(jīng)找到了在宇宙中生存的方法。
當我們思考外星人是否存在的問題時，我們通常會想象他們生活在一個大致類似地球的行星上，而這顆行星圍繞著一顆恒星運轉(zhuǎn)。我們通常不會認為他們獨自生活在太空之中。不過，這或許并不是一個荒謬的想法。2016年4月，有研究者報道，一些構(gòu)成生命的基礎(chǔ)成分能夠在嚴酷的環(huán)境中——模擬星際空間的條件——由簡單的物質(zhì)生成。
法國尼斯大學的科妮莉亞·邁納特(Cornelia Meinert)及其同事的研究表明，當暴露在紫外線(在太空中廣泛存在)下時，由冰凍的水、甲醇和氨的混合物——已知所有這些分子都存在于恒星形成的巨大“分子云”中——能夠轉(zhuǎn)化為多種糖分子，其中就包括核糖，這是核糖核酸(RNA)的重要組分。
這一結(jié)果意味著，生命的基礎(chǔ)分子可能是在太空中形成的，然后通過冰彗星和小行星擴散到地球。實際上，這一發(fā)現(xiàn)并不出人意料。我們幾十年前就已經(jīng)知道，其他組成生命的基礎(chǔ)成分能夠從類似的化學反應中形成，之后再融合到彗星、小行星和行星上。
然而，存在一個更加有趣的可能性。生命本身可能并不需要一顆溫暖、舒適，沐浴在陽光中的行星。如果原始的配料已經(jīng)存在于行星之外的太空之中，生命是否有可能在那里開始呢？
對生命起源的討論并沒有經(jīng)?？紤]這一場景。要搞清楚生命在早期地球如何起源已經(jīng)足夠困難了，更不必說溫度接近絕對零度，并且近乎真空的星際空間了。制造生命的基礎(chǔ)分子，如糖和氨基酸等，其實并不困難，有很多化學上可行的方式，從早期太陽系中就可以找到起始的簡單分子。
核糖核酸(RNA)是構(gòu)建生命的基石之一
脫氧核糖核酸(DNA)能否在外太空形成？
困難的部分在于，如何使這些復雜分子組合起來，形成某種能夠完成生命過程(比如復制和代謝)的東西。沒有人做過這些，也沒有人能提出一種在營養(yǎng)物質(zhì)豐富的環(huán)境中(比如一顆溫暖的巖石星球)完全可行的、描述該過程可能發(fā)生的機制，更不用說是在太空里了。
不過，關(guān)于生命為什么沒有在遠離任何恒星、被視為貧瘠荒漠的星際空間中出現(xiàn)的問題，還沒有得到根本性的解答。這里我們來描述一下可能發(fā)生的過程。
舉一個極端的例子，我們可以想象某種類似經(jīng)典科幻小說《黑云》(Black Cloud，天文學家弗雷德·霍伊爾發(fā)表于1959年)里面描述的同名物體：一種有感知能力的氣體，漂浮在星際空間，并驚訝地在一顆行星上發(fā)現(xiàn)了生命。但是，霍伊爾并不能給出合理的解釋，來說明一種未詳細說明化學組成的氣體如何變得有智能。我們可能需要想象一些更加實實在在的東西。
盡管我們不能確定所有的生命都是碳基生命，就像地球上的生命一樣，但還是有理由認為這種可能性其實很大。在作為復雜分子的基礎(chǔ)成分方面，碳比硅——對外星生物化學的推測中最受歡迎的元素——更加多能。
英國愛丁堡大學的宇宙生物學家查爾斯·科克爾(Charles Cockell)認為，地球生命的普遍基礎(chǔ)——基于碳并且需要水——“反映了一種宇宙常態(tài)”。他承認道：“我有一個相當保守的觀點，即被科學普遍證明的都是誤入歧途的。”盡管如此，現(xiàn)在我們還是限定在碳基生命，它們?nèi)绾卧谕馓债a(chǎn)生呢？
基本的化學不是問題。除了糖類，地球生命還需要氨基酸——蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)構(gòu)件。我們已經(jīng)知道，氨基酸也可以在外太空中形成，因為在從未接觸行星表面的“原始”隕星上，就曾發(fā)現(xiàn)過這類物質(zhì)的存在。
這些氨基酸以冰晶的形式出現(xiàn)，來源是某些類似“Strecker合成”(以19世紀發(fā)現(xiàn)該反應的德國化學家命名)的化學反應。這種反應涉及到一些簡單的有機分子，如酮類或乙醛，能與氰化氫和氨結(jié)合。另一方面，由紫外線觸發(fā)的光化學反應也能導致氨基酸的形成。
乍看之下，這些反應似乎不應該在太空深處發(fā)生，那里既沒有熱，也沒有光來驅(qū)動反應的進行。在低溫、黑暗的環(huán)境下，分子即使互相碰撞，也沒有足夠的能量使化學反應開始。這些分子就好像跑到一堵過高的墻之前，怎么也無法越過去。
然而，在20世紀70年代，蘇聯(lián)化學家Vitali Goldanski獲得了不同的結(jié)果。一些化學物質(zhì)可以在冷卻至只比絕對零度高4度的條件下進行反應，這一溫度與太空的低溫相差無幾。它們只需要一點點來自高能輻射，如伽馬射線或電子束——比如充斥在太空中的宇宙射線——的幫助。
在木星引力而導致的潮汐力作用下，木衛(wèi)二(歐羅巴)有可能受到加熱
宇宙中可能存在著數(shù)以百萬計的流浪行星
在這些條件下，Goldanski發(fā)現(xiàn)碳基分子形成了乙醛，后者在分子云中十分常見，能連接形成長達數(shù)百個分子的聚合物鏈。Goldanski認為，這種太空條件下的反應可能幫助了生命基礎(chǔ)分子的形成，所用的材料包括氰化氫、氨和水等簡單分子。
然而，要把這些分子加以整合，形成更加復雜的形式，就要困難得多。高能輻射或許能觸發(fā)第一步反應，但接下來就開始成為問題了。紫外線和其他形式的輻射能導致科妮莉亞·邁納特所展示的那些反應，但科克爾稱，這些輻射摧毀分子的能力與合成分子的能力一樣厲害。潛在的生物分子——最初的蛋白質(zhì)和RNA——被破壞的速度可能遠比它們形成的速度快得多。
“終極的問題是，其他完全外星的環(huán)境是否會導致能自我復制并演化的化學系統(tǒng)，”科克爾說，“我沒有看到這一過程為什么不會在極冷環(huán)境中，或者在冰晶表面上發(fā)生的原因，但總體而言，我認為這些環(huán)境并不是非常有利于極復雜分子的形成?！?/p>
行星提供了兩種更加溫和的能量來源：熱量和光照。地球上的生命絕大多數(shù)都從陽光獲取能量，以此類推，圍繞著其他恒星的“系外行星”肯定也會擁有自己的能量來源。
關(guān)鍵的熱量還可能來自其他地方。一些科學家認為，地球上最初的生命并非依賴太陽能，而是在深海熱液口附近，獲取來自地球內(nèi)部的能量。即使是今天，這些熱液口依然能提供溫暖并富含礦物質(zhì)的原料。
在木星的主要衛(wèi)星上也有熱量，源自木星對其施加的巨大潮汐力。潮汐力能擠壓衛(wèi)星內(nèi)部，通過摩擦產(chǎn)生熱量。正是這些熱量，使冰凍的木衛(wèi)二(歐羅巴)和木衛(wèi)三(蓋尼米德)的次表層融化成為海洋，使木衛(wèi)一(伊奧)的表面變得熾熱，充滿火山活動。
在星際空間中，附著在冰晶表面的分子很難找到這樣的能量來源，但那里可能存在著另一些選項。1999年，加州理工學院的行星學家大衛(wèi)·史提芬遜(David Stevenson)提出，星系中可能存在著眾多的“流浪行星”，漂浮在恒星系統(tǒng)的范圍之外，遠離它們“母恒星”的引力作用，也無法得到熱量或光照。
史提芬遜稱，這些行星的形成可能與其他常規(guī)的行星一樣，靠近一顆形成不久的恒星，處于恒星周圍的氣體和塵埃星云之中。后來，大型行星(比如我們太陽系中的木星和土星)的引力牽拉，可能導致一些行星“走入逃脫軌跡”，將它們推離原先的恒星系統(tǒng)，進入空曠的星際空間。
看上去，它們的未來似乎注定要與寒冷、貧瘠為伴，但史提芬遜爭論稱，情況恰恰相反，這些流浪行星可能是“宇宙中最常見的誕生生命的地方”——因為它們可能保持著足夠溫暖的狀態(tài)，從而支持液態(tài)水的存在。
一顆年輕的流浪行星，還是火山活躍的狀態(tài)
歐羅巴具有隱藏在冰下的海洋
在內(nèi)太陽系的所有巖石行星，都具有兩種內(nèi)在的熱源。首先，每顆行星都具有一個熾熱的內(nèi)核，保留著最初形成時的原始能量。在內(nèi)核之上，保留著放射性元素，通過它們的衰變給行星內(nèi)部加熱，就好比一整塊鈾摸起來是熱的一樣。就地球來說，地幔中放射性元素的衰變貢獻了大約一半的地熱能量。
巖石流浪行星的原始熱量和放射性元素衰變可以在數(shù)十億年里持續(xù)提供溫暖，或許還足以維持行星活躍的火山活動，并提供生命開始孕育所需的能量。流浪行星還可能具有密度較大，并能保留熱量的大氣層。與木星、土星等大型氣體行星相比，地球的大氣層顯得十分稀薄，因為太陽的熱量和光照驅(qū)走了較輕的氣體，如氫氣。水星就因為與太陽的距離太過接近，因而幾乎沒有大氣層存在。
不過，在與地球體積差不多的流浪行星上，由于遠離母恒星的影響，它們最初的大氣層可能還會保留著。史提芬遜估計，最終這些行星上的溫度和壓力可能足以維持表面液態(tài)水的存在，即使沒有任何光照。
此外，流浪行星還不會受到大型隕星的威脅，就像地球曾經(jīng)經(jīng)歷的許多撞擊事件。它們甚至可能因為從原先恒星系統(tǒng)中帶出來一些衛(wèi)星，從而獲得借助潮汐力進行加熱的好處。
即使流浪行星不具備較厚的大氣層，它也可能適合生命存在。2011年，芝加哥大學的行星學家多里安·阿博特(Dorian Abbot)和天體物理學家埃里克·斯威策(Eric Switzer)計算得出，體積大約為地球3.5倍的行星可能會被厚厚的冰層覆蓋。在這種情況下，由液態(tài)水構(gòu)成的海洋會被隔絕在許多千米厚的表面冰層之下，由行星內(nèi)部的能源提供熱量。
“總體的生物活動會比地球這樣的行星要少，但還是能夠獲得某些東西，”阿博特說道。他希望，在未來幾十年里，當太空探測器對木星那些冰凍衛(wèi)星的亞表層海洋進行調(diào)查的時候，我們能獲得更多有關(guān)流浪行星冰層之下生命出現(xiàn)可能性的信息。
阿博特和斯威策將這些孤獨的行星稱為“荒原狼行星”，因為“任何在這種奇特環(huán)境中出現(xiàn)的生命就像一只形單影只，在冰川荒原上漫游的狼”。阿博特說，這樣的行星上存在生命的時間可能長達數(shù)十億年，與地球類似。
生命能否在星際塵埃云里形成呢？
如果這些說法都成立，那么在我們的太陽系之外，那些在星際空間里“流浪”的行星，可能正是系外生命存在最有可能存在的地方。在如此遙遠的距離，以及光照微弱和本身體積較小等原因，我們很難發(fā)現(xiàn)它們。但是，阿博特和斯威策表示，在些許運氣的幫助下，如果一顆這樣的行星在千倍于日地距離的范圍內(nèi)經(jīng)過，就能從它反射的極少量陽光，以及其本身的紅外輻射將其辨別出來。我們有希望利用目前觀測系外行星的望遠鏡來找到這些行星。
阿博特和斯威策稱，如果生命可以在星際空間里的“荒原狼”行星出現(xiàn)并存活，那很可能就意味著：生命“肯定在宇宙中廣泛存在”。在這些流浪行星上的生命形態(tài)可能會非常奇特。想象一下在無盡黑暗中，沐浴在溫暖火山溫泉里的情景——有如冬季在冰島度假。但是，對身處這種環(huán)境下的外星生命來說，這就是家。