几年前,我在DARPA生物技术项目办公室的启动会议上做了一个关于天体生物学的演讲。DARPA,即国防高级研究计划局,是国防部创新研究的智库,是一个独特的组织,汇集了跨学科的科学家,指导与国家安全相关的各种主题的研究。我就像他们这一天的追求者一样来了,整天都在担心离家近得多的问题——在一个多小时的时间里,我告诉他们天文学家在寻找地球以外的生物方面取得了令人难以置信的进展。

谈论外星生命既令人兴奋又令人沮丧——有很多关于外星生命的说法搜索对于生命,却对生命本身知之甚少。例如,如果你在六年前问像地球这样的小型岩石行星是常见的还是罕见的,没有人能告诉你。现在,多亏了NASA的开普勒任务等天基项目,以及使用地球望远镜进行搜索的研究团队(比如最近发现了一颗围绕我们的邻居比邻星运行的行星),我们知道银河系中到处都是行星。事实上,行星如此之多,当你凝视夜空时,每一颗恒星都可能是另一个世界的太阳。总的来说,这些行星的大小和地球差不多——这是一个诱人的暗示,虽然我们还没有在其他地方发现生命,但潜在的空间是丰富的。

令人惊讶的是,大多数行星都围绕着太阳运行,而你却看不见:微小的红色恒星,其微弱的光芒让人类肉眼看不见它们。这些红色的小恒星(被称为M矮星)非常多,占我们银河系所有恒星的70%——但它们也曾经是行星猎捕的贱民。天文学家有很多理由不把它们当作宜居世界的宿主:它们微弱的能量输出意味着行星的轨道必须离它们很近,它们会被潮汐力锁住——一边永远处于白天,另一边永远处于黑夜。即使它们周围确实存在行星,这些行星的大气层肯定会冻结并坍塌!或者,如果它们逃脱了这种命运,人们认为母星发出的高能耀斑会向这些毫不知情的行星发出高能紫外线和x射线辐射,使其表面消毒。即使一些生物在它们非常红色的光下存活下来,大多数生物在红外线(我们体验到的辐射能量为热,只有用夜视镜才能看到)的范围之外,光合作用将是有限的,或者是不可能的!生命不仅无法茁壮成长,甚至连战斗的机会都没有。

然而,在2005年,SETI研究所举办了一个小型研讨会,目的是重新评估几十年来在行星上拉屎的行为——而我,作为一个特别幸运的年轻研究生,参加了这次研讨会。在过去的一周中,我们从新的角度审视了这些假设,最终得出的结论是,这些被认为是引人注目的因素中没有一个是真正引人注目的。虽然M矮星周围的行星确实可能受到潮汐的影响,但尽管受到这些影响,它们也可能仍然适合居住,而且在地球上,植物可以利用红光进行光合作用。即使是那些令人讨厌的耀斑似乎也不是那么糟糕:几年前,我的同事安提戈纳·塞古拉(Antigona Segura)和我用计算机模型结合恒星数据表明,即使是大的耀斑也可能不会对宜居性造成那么大的损害:大部分高能紫外线都被行星的大气层过滤了。在任何情况下,进化在高辐射环境中保护生物时都是非常进取的:一些高海拔植物会产生自己的保护蜡,而更脆弱的生物可以隐藏在水下,这为抵御紫外线辐射提供了有效的屏障。在SETI研讨会之后的几年里,无数团队都在努力让围绕M矮星的行星是否适合居住的问题得到细微的答案,而不是简单的“是”或“否”。

虽然在过去的十年里,我们对这些外星环境的了解突飞猛进,但仍有许多未知。恒星活动——耀斑的统称,以及从磁性恒星中以带状和斑点状流出来的高能粒子——仍然对行星的可居住性构成巨大威胁。即使行星的大气层(或它们自己的磁场)在一定程度上保护它们不受恒星活动的影响,行星大气层中产生的化学物质可能会使其成分变得有毒,而不是令人愉快——至少对我们所知道的生命来说是这样。更令人费解的是,随着时间的推移,恒星活动也会侵蚀行星的大气层,冲刷它们,并逐渐将大气层刮走。如果一颗行星没有大气层,那么就没有压力在它的表面保持液态水——不管它与它的恒星发出的温暖光芒的距离是否适合居住。目前,我们缺乏工具来测试大量的行星是否有大气层,尽管詹姆斯·韦伯太空望远镜在不久的将来会有新的见解。

如果M矮星周围的行星大气层确实存在,那么仍然存在恒星耀斑辐射的问题。最近公布的Proxima b是一个有趣的例子,它与地球大小差不多,围绕着我们的邻居恒星运行。

在为这颗行星的发现收集数据的同时,另一组天文学家正在研究它的红色小恒星比邻星(http://www.ifweassume.com/2016/08 / flares-on-proxima-cen。超文本标记语言).利用MOST卫星,他们统计了各种能量的耀斑发生的频率,发现和许多M矮星一样,比邻星耀斑发生的频率很高:相当于x级太阳耀斑的耀斑大约每天发生,巨大的“超级耀斑”每年发生几次。在比邻星b,我们有一个典型环境的例子:一个主要由柔和的红外光照明,但也经常受到高能辐射的照射。让我告诉你:如果你想让一屋子的国防部雇员紧张地笑,告诉他们,离地球最近的生命可能是耐辐射的外星人,他们自然进化出了红外热视觉。

这些未知之物蜿蜒走向繁茂的未来,为具体的科学研究和富有想象力的思考提供了光明的道路。毕竟,如果70%的恒星都有行星,而这些行星在很大程度上无法承载生命,那么整个宇宙中的生命是普遍的还是罕见的就会有很大的不同。我最喜欢的一个思想实验是考虑行星环境的挑战对我们认识——或与我们自己的世界以外的智能生命交流——的机会的影响。我想象着一个充满岩石行星的宇宙,围绕着红色的小恒星,在我感到乐观的日子里,我想象着这些星球的大气层存活了下来。全球海洋保护着地球表面的生命不受恒星辐射的影响,而智能生命(甚至是技术先进的)可能更类似于我们星球上的海豚。这种水下生物与天空和它在太空中的位置有什么关系呢?

费米悖论(尽管不是费米悖论,也不是一个悖论http://blogs。scientificamerican.com/guest-博客/ the-fermi-paradox-is-not -fermi-s-and-it-is-not-a -矛盾/)是一个很受欢迎的问题,人们提出了许多解决方案,从悲观的世界末日,到对人类的科技实力感到沾沾自喜。然而,值得记住的是,“费米悖论”假设了很多事情——例如,我们人类已经对我们自己的世界之外的智慧生命进行了详尽、完整的搜索。事实上,对智能生命的定向搜索只在有限的时间和资金下推进,只搜索相对有限的一组特定信号。借用我的同事,NASA艾姆斯的天文学家Jeff Scargle的一句话,我们经常发现自己在“进行精神分析的外星人”,同时无法了解我们星球上其他物种的思想(http://www.sciencedirect.com/科学/文章/ pii /S2405722316301177).

天文学、太空旅行以及与我们自己以外的世界交流的意愿不仅是科学探索的一部分,它们也是文化价值观的产物——我们作为一个既能仰望星空,又能思考自己在其中所处位置的物种所持有的价值观。如果我们可以询问海豚对宇宙的看法,我们会学到什么?他们是否想建造能够将他们(或他们的机器人化身)运送到自然宜居范围之外的飞船,就像人类探索太空和海洋那样?还是说,真正看到夜空的能力最终与了解这些岛屿行星是否也有生命的愿望有关?那那些可能被雾霾笼罩的行星呢?即使它们不在水下,它们也会对恒星的居民造成影响。如果所有围绕M矮星的行星都只是贫瘠的岩石,没有大气层,任何生命都可能被封存在冰帽下,就像木星的卫星木卫二表面那样,那该怎么办?

科幻小说和科学本身的区别在于,科幻小说满足于想象和梦想,而科学是为了潜入海底,找出答案。虽然科学家们常常不愿说我们生活在一个特殊的时代,但在某种意义上,我们确实生活在这个时代:我们刚开始知道宇宙中有很多世界,但还不知道我们是否孤独。此时此刻,我们必须清醒地认识到,我们还有很长的路要走。否则,我们对探索的完整性、我们所持价值观的普遍性(或不普遍性)以及我们甚至无法与与我们共处一游的物种交流的假设,将使我们对宇宙生命可能了解的可能性和局限性视而不见。

海豚梦想太空旅行吗?在寻找智慧生命的过程中,小小的红星提出了大问题

Lucianne Walkowicz博士是芝加哥阿德勒天文馆的天文学家。

@shaka_lulu

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