从K2-18b行星上发现的生物迹象看外星生命的真相,以及它对人类的意义

 出国移民资讯     |      2025-04-21 21:05:45


经过处理的影像——站在星系下的人像

图像来源,Getty Images


有些科学发现不仅会推动知识进步,还会改变了我们的心灵,因为它们让我们看见宇宙的浩瀚,并重新思考我们在其中的位置。

其中一个时刻,是太空船首次传回地球影像的那一刻;另一个则是发现另一个世界上的生命。而今天的消息,让这个时刻又靠近了一点 —— 科学家在一颗名为K2-18b的行星上发现了一种气体的迹象,而这种气体在地球上是由简单的海洋生物所产生的。

据此次领导探测团队的科学家所言,发现外星生命(也就是我们并非宇宙中唯一生命体)的可能性已不再遥不可及。

“这基本上是人类最根本的问题之一,我们可能即将回答这个问题。”剑桥大学天文研究所的尼库·马杜苏丹(Nikku Madhusudhan)教授说。

但这一切也引发更多问题:如果我们真的在另一个世界上找到了生命,那会如何改变我们作为一个物种的存在与认知呢?

飞碟与科幻中的外星人

我们的祖先自古以来便创作出各种关于天上生物的故事。20世纪初,天文学家曾认为他们在火星表面看到直线地貌,引发了人们对这个最近的行星可能存在高度文明的猜测。这个想法更催生了一整套流行的科幻文化——飞碟、小绿人等形象深入人心。

那是一个西方政府鼓吹恐惧共产主义扩散的时代,因此外太空的访客往往被描绘成威胁,带来危险而非希望。

但几十年后,被描述为“迄今最强有力的证据”的另一个世界上的生命迹象并非来自火星或金星,而是来自距离数百万亿英里的行星,围绕着一颗遥远的恒星运行。

雷射光束从欧洲南方天文台望远镜的圆顶射出

图像来源,Reuters

图像加注文字,美国太空总署估计,我们的银河系至少有1000亿颗行星。

研究外星生命其中一大挑战,是不知道应该从哪里开始。

以往,美国太空总署(NASA)寻找外星生命的重点一直集中在火星。但自1992年首次发现了一颗在太阳系外围绕恒星运行的行星后,情况开始出现转变。

尽管天文学家早已怀疑遥远恒星周围可能存在其他世界,但直到那时才首次获得证据。自此之后,科学家已发现近6,000颗太阳系外行星。

许多这类行星属于所谓的“气体巨行星”,就如我们太阳系中的木星和土星。另一些则因为温度过高或过低,不足以维持被认为对生命至关重要的液态水。

但也有不少行星位于天文学家所称的“适居带”(Goldilocks Zone),即与其恒星的距离“刚刚好”,适合生命存在。马杜苏丹教授(Prof Madhusudhan)相信,在我们的银河系中,可能有数以千计这样的行星。

令人惊叹的技术

随着这些所谓的太阳系外行星陆续被发现,科学家开始研发仪器,以分析它们大气层的化学成分。他们的雄心壮志令人叹为观止,甚至有人会觉得有点大胆。

这个构思是透过捕捉那极微量、穿透遥远星球大气层的星光,并研究当中分子的化学痕迹,这些分子在地球上只能由生物产生,也就是“生命指标”(biosignatures)。

科学家最终真的成功为地面及太空的望远镜开发出这类仪器。

美国太空总署的韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope,JWST)正是凭藉这项技术,侦测到本周发现那颗名为K2-18b行星上的气体。这部史上最强大的太空望远镜于2021年发射,其升空曾引起广泛兴奋,因为人类终于触及寻找外星生命的能力。

詹姆斯韦伯太空望远镜

图像来源,NASA

图像加注文字,美国太空总署的韦伯太空望远镜最近在K2-18b上发现了气体。

不过,韦伯太空望远镜仍有其限制——它无法侦测像地球这种大小或者靠近母恒星的遥远行星,因为星光过于耀眼。为此,美国太空总署计划于2030年代推出“宜居世界天文台”(Habitable Worlds Observatory, HWO),这个新计划将能够观测并分析类似地球行星的大气层。这项技术在于使用一种高科技“太阳遮光罩”,以减弱来自母恒星的强光。

此外,欧洲南方天文台(ESO)建造的“极大望远镜”(Extremely Large Telescope, ELT)也预计于2020年代后期投入运作。这座地面望远镜将设于在智利沙漠清澈无云的夜空下。

其主镜直径达39公尺,是目前建造过最大的望远镜镜面,能够比前代设备观察到行星大气层中更多细节。

新发现带来新问题

马杜苏丹教授希望在两年内获得足够的数据,以肯定他在K2-18b周围确实发现生物特征。但即使他真的达成目标,也未必会引发发现外星生命的庆祝热潮。

相反,这将掀起另一场激烈的科学辩论 —— 讨论这些生物特征是否可能由非生命过程产生。

美国太空总署哈伯太空望远镜拍摄的火星照片

图像来源,Reuters

图像加注文字,直到最近,火星仍是美国太空总署寻找生命的重点。

不过,根据苏格兰皇家天文学家、爱丁堡大学教授凯瑟琳·海曼斯(Catherine Heymans) 的说法,随着越来越多行星大气层的数据被收集,化学家又未能为这些生物特征找到其他解释,科学界的共识将会逐渐转向其他星球上存在生命的可能性。

她说:“随着望远镜观测时间增加,天文学家将能更清楚地了解这些行星大气层的化学组成。你未必能百分百确定那是生命的迹象,但我认为,随着数据累积,如果我们在多个不同的行星系统中都发现类似情况,而不仅仅是这一颗特定的行星,这会给我们更多的信心。”

万维网(world wide web, WWW) 的诞生正是一连串渐进式技术突破的成果,当时并不一定感觉到有巨大的影响。

同样地,也许未来人们会逐渐意识到,人类历史上最重大的一次科学、文化与社会变革,可能已经发生——但当时人们还没有完全认识到存在其他生命的可能性。

ExoMars 火星探测车的工作原型位于黄橙色沙状表面上

图像来源,Getty Images

图像加注文字,ExoMars 火星探测车的工作原型

更具决定性意义的发现将会是通过携带便携实验室的机器人太空船,在我们自己的太阳系内发现生命。任何外星微生物都可以被分析,甚至可能被带回地球,这将提供初步证据,至少能显著减少任何可能出现的科学反驳声音。

近年来,随着各种太空船传回的数据,关于在我们太阳系内存在或曾经存在生命的科学依据不断增强,因此正在进行多个寻找生命迹象的任务。

欧洲太空总署(ESA)计划于2028年发射的ExoMars探测车,将在火星表面下进行钻探,寻找过去及可能存在的生命迹象。然而,鉴于火星极端的环境,发现已成化石的过去生命的可能性较大。

中国的天问三号(Tianwen-3)任务也计划于2028年发射,旨在收集样本并于2031年前将其带回地球。

美国太空总署和欧洲太空总署各自有太空船正在前往木星的冰月(冰卫星),希望探测其冰层下是否存在水,甚至可能是庞大的地下海洋。

詹姆斯韦伯太空望远镜正在打包装运,人们在一旁观看

图像来源,NASA/ Reuters

图像加注文字,韦伯太空望远镜有其局限性——它无法探测到像地球这种大小的遥远行星。

不过,根据伦敦帝国学院米歇尔·多尔蒂教授(Prof. Michele Dougherty)的说法,这些太空船的设计并不是为了直接寻找生命,而是为未来能够寻找生命的任务打好基础。

“这是一个漫长而缓慢的过程,”她说,“下一步的决定会是部署登陆器,然后要选择登陆哪一颗卫星,以及在何处登陆。”

“我们不想降落在冰壳太厚的地方,那样根本无法到达表面之下。所以这是一段缓慢而持久的历程,但过程非常令人兴奋。”

美国太空总署(NASA)也计划在2034年发射一艘名为“蜻蜓号”(Dragonfly)的太空船,登陆土星的其中一颗卫星——泰坦。那是一个奇异的世界,被认为是由富含碳的化学物质构成的湖泊和云层,使这个星球罩上一层诡异的橙色薄雾,令人联想到披头四(披头士)(The Beatles)的名曲《Lucy in the Sky with Diamonds》中所唱的那句“果酱天空”(marmalade skies)。

这些化学物质和水一起被认为是生命的必需成分。

多尔蒂教授是领域内的顶尖行星科学家之一。她认为在木星或土星的冰卫星上存在生命吗?

“如果没有,我会非常惊讶,”她满脸笑容地说,“需要三个东西:热源、液态水和有机(碳基)化学物。如果我们拥有这三种成分,生命出现的机率会急剧上升。”

减少人类的“特殊性”

即使发现简单的生命形式,也无法保证宇宙中一定存在更复杂的生命。

马杜苏丹教授认为,如果这些发现能够被证实,那么“简单生命在银河系中应该是‘相当普遍’的。”

“但从简单生命进化到复杂生命是一大步,这是一个未解之谜。这一步是如何发生的?需要甚么样的条件?我们目前并不知道。再从复杂生命到智慧生命又是另一大步。”

卡利斯托盆地

图像来源,NASA

图像加注文字,一些科学家认为,发现外星生命并不遥远。

英国皇家天文学会副执行长罗伯特·马西博士(Dr. Robert Massey)同意,在另一个世界上出现智慧生命的可能性远低于简单生命。

“当我们观察地球上生命的出现时,它是如此复杂。多细胞生命的出现,再演化成多样化的生命形式花了很长时间。”

“一个重要的问题是,地球上是否有某些特性使得这种演化成为可能?我们是否需要完全相同的条件——例如地球的大小、海洋与陆地的分布——才能在其他世界上发生,还是无论如何都会发生?”

他认为,即使是简单外星生命的发现,也将成为削弱人类在宇宙中心地位的最新篇章。

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图像来源,NASA

图像加注文字,许多从事这个领域研究的人认为,发现其他星球上的生命只是时间问题,而不是是否能发现的问题。

正如他所说,几个世纪前,我们认为自己是宇宙的中心,随着天文学中的每一次发现,我们发现自己越来越“远离”那个中心。“我认为在其他地方发现生命会进一步减少我们的特殊性。”他说。

另一方面,多尔蒂教授认为,在自己的太阳系中发现生命对科学和心灵都有好处。

“即使是简单生命的发现,也能让我们更深入了解数十亿年前生命在地球上是如何演化出来的。所以,对我来说,这有助我们寻找自己在宇宙中的位置。”

“如果我们知道在太阳系内甚至可能在更远的地方有生命,这对我来说会有某种安慰,知道我们是更大事物的一部分,这会让我们变得更伟大。”

这位艺术家的概念展示了 TRAPPIST-1 行星系统可能的样子

图像来源,NASA

图像加注文字,随着系外行星被发现,科学家开始开发仪器来分析其大气的化学成分。

科学家们从未向现在这样努力地寻找其他世界上的生命,也从未有过这样精密强大的工具来推进这项工作。许多该领域工作的科学家相信,发现其他世界上的生命只是时间问题,而非“是否会发现”。根据马杜苏丹教授的说法,发现外星生命将带来希望,而不是恐惧。

“当我们仰望天空时,我们不仅会看到物理对象、恒星和行星,我们会看到一个充满生命的天空。这将对整个社会带来深远影响,从根本改变如何看待自己在宇宙中的位置。”

“这将彻底改变人类的心理,改变我们看待自己和彼此的方式,任何语言、政治、地理上等的障碍都将消失,因为我们意识到我们都是一体的。这将使我们更加接近。”他继续说道。

“这将会是人类演化的另一个重大阶段。”