本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
在一個晴朗、無雲、沒有任何光汙染的夜晚,當你抬頭仰望星空,你會大約看到6000到9000顆星星在天空中閃爍。
這些恆星都處在銀河系,它們有些距離我們幾光年、有些數萬光年,我相信你在一瞬間會想到:這些星星周圍會不會也有一顆類似於地球的行星,上面會不會也有一個外星生命正在仰望星空,也想著同樣的問題。
這樣的想法並不是你一個人的困擾,而是整個人類的困擾,乃至現在頂尖的科學家它們也為這個問題而煩惱。
為什麼我們會產生這樣的困擾呢?甚至會堅定的認為地球以外就一定存在外星生命呢?甚至是類人的智慧生命?
外星生命並非是人類一廂情願的幻想,而是具有非常可靠的科學基礎。
首先是人類在上世紀的二十年代末深深的被宇宙的浩瀚、以及物質的豐富所震撼到。
在1924年之前,我們人類還不知道有河外星系的存在;
當時我們認為的宇宙只不過是我們身處的銀河系,現在我們常說的仙女座星系、大小麥哲倫星系、M87星系等等,只不過是身處在銀河系中的原恆星星雲。
但是1924年之後,埃德溫·哈勃首次利用變星測量了仙女座星雲的距離,發現仙女座這個模糊的星雲竟然距離我們至少245萬光年,遠遠超出了銀河系的範圍。
這是人類首次認識到原來宇宙除了銀河系以外還有其他星系,隨著更多獨立星系的發現,人類這才知道宇宙其實就是一個浩瀚的海洋,星系就像是島嶼一樣點綴在海洋之中。
現在根據哈勃極深場的數據,保守估計宇宙中至少存在2000億個星系,要知道每個星系中至少有1000億顆恆星,在這些恆星的周圍基本上都存在著圍繞它運行的多顆行星。
所以說宇宙中行星的數量非常龐大,是一個天文數字,即使生命誕生的機率很低,在如此龐大的基數面前,也難免讓人覺得生命在宇宙中非常普遍。
除了行星的數量大以外,我們還知道了組成生命的元素,甚至是有機化學分子在宇宙中非常普遍,例如組成生命的氫、氧、碳這三種最重要的元素,在宇宙中的豐度分別排在第一、第三和第四位;
組成生命的有機分子,甚至組成蛋白質的胺基酸都在分子雲中大量被發現。
所以說,如果生命的誕生過程只遵循一定的物理規律,並沒有「上帝之手」的幫助,我們有理由相信生命在宇宙中很普遍。
而且鑑於現在宇宙的年齡已經138億歲了,第一顆恆星誕生在宇宙大爆炸之後的5000萬到1億年間,而我們自己的太陽則誕生在大爆炸後的90億年;
因此我們相信宇宙中一定有比我們人類出現更早、進化更早、發展科技更早的智慧生命。
按理來說,這些智慧生命應該已經有能力拜訪地球了,我們的身邊已經大量的充斥的外星人,但是真實的情況是宇宙好像靜悄悄的,除了人類以外沒有生命跡象。
既然沒有外星人拜訪我們,我們就自己主動找。從上世紀50年代開始,我們利用無線電手段向太空主動發送信息,希望得到外星人的回覆;
利用探測器攜帶人類位置信息、身份信息飛出太陽系,希望有一天能夠被外星人發現,並且主動找到我們。
目前看來這些努力都沒有得到回報,人類真的是孤獨的嗎?估計沒有人相信這樣的說法。
進入21世紀, 尋找外星人我們依然沒有放棄,但我們不再主動嘗試聯繫外星人,而是換了一種方式探索可能存在的地外生命,那就是在天空中搜尋可能存在的類地行星。
已經退役的克卜勒望遠鏡和新上任接替克卜勒工作的TISS望遠鏡就是利用行星凌日法、視向速度法在尋找地外行星。
在數十年間,我們已經發現了不少於4500顆地外行星,在這些行星中有些是像木星一樣的巨型氣態行星,有些是類似於天王星的超級地球,也有一些跟地球的環境非常相仿的類地行星;
這些行星有著跟地球差不多的環境,在它們表面很有可能生活著我們未知的生命。這些類地行星需要具備以下的條件:
首先至少要是一顆巖石星球,並且和地球體積、質量、年齡相仿;這顆行星需要處在母恆星的宜居帶,適合的溫度才能保障液態水的存在;母恆星需要是一顆類太陽恆星、或者是一顆紅矮星。恆星質量太大,會發出致命的輻射,使得生命無法生存。根據以上的條件,科學家認為僅僅是在銀河系中就有上百億顆這樣的類地行星符合生命存在的要求。
其中紅矮星周圍的宜居世界佔的比例非常大,因為這種恆星類型佔了宇宙總恆星數量的3/4,意思就是說,在宇宙中有4顆恆星,其中三顆就是紅矮星。
並且我們之前認為紅矮星這種恆星的周圍非常適宜生命的存在,原因是紅矮星的質量只有太陽的8%-40%,它們的壽命非常長,可以達到20萬億年。
相比太陽的壽命只有短短的120億年,我們人類出現到今天才經歷了數百萬年,現在太陽已經年過中旬,更重要的是再過10億年,因為太陽光度的增加,地球就無法生存了。
而紅矮星就沒有這樣的困擾,20萬億年的壽命相當於現在宇宙年齡的1500倍,可以讓圍繞它運行的類地行星上的生命有非常長的時間進化發展。
所以我們一直認為紅矮星周圍類地行星是生命的理想場所。
但最近的一片論文顯示,我們之前的認識可能是錯誤的,紅矮星周圍並不能誕生生命,它超強致命輻射會殺死可能存在的任何生命,如果紅矮星被排除在外的話,那宇宙中存在生命的可能就大大降低了。
這項研究得出來的結論是科學家通過觀察比鄰星發現的,這顆紅矮星是距離地球最近的恆星,只有4.2光年。
2016年我們在比鄰星的周圍發現了一顆處在宜居帶的類地行星比鄰星B(質量是地球的1.5倍),加上比鄰星誕生的年齡和太陽相差無幾,所以這顆行星的發現讓科學家非常興奮。
認為我們的鄰居上可能存在生命,由於比鄰星是一顆紅矮星質量小,光度也小,所以它的宜居帶非常靠近自身,比鄰星B距比鄰星的距離比水星距太陽的距離還要小。
最近科學家觀測到了比鄰星爆發了射電爆和恆星耀斑,這種大事件使得比鄰星B受到了超強的輻射轟擊。
由於比鄰星的宜居帶太靠近自己了,所以就算是其中所處的行星擁有合適的溫度,但是當恆星出現爆發的時候,行星上面的大氣、乃至生命會遭受到致命的輻射。
科學家認為紅矮星的不再是生命的天堂,由於紅矮星的數量佔了銀河系恆星數量的85%,所以我們之前對外星生命存在的估計可能過高了。
不過除了紅矮星以外,還有類太陽恆星,這些恆星的宜居帶不會遭受到致命的輻射,類太陽恆星的數量佔到了銀河系恆星數量的7%,大約有70億顆這樣的恆星。
那麼在類太陽恆星中存在生命的可能性大嗎?
NASA在上個月公布了這樣一項數據,在銀河系類太陽恆星中保守估計有7%的恆星擁有一顆類地行星,上面有液態水,適宜生命存在;
也就是說,在銀河系中依然有3億顆適合生命存在的星球。這是保守估計。
還有一個比較樂觀的估計,類太陽恆星中有高達75%的恆星有一顆類地行星,那麼適合生命存在的星球數量就飆升到了30億顆。
所以說排除了之前的紅矮星,宇宙中存在生命的可能性還是極大的,畢竟宇宙中包含的恆星實在是太多了。
紅矮星被排除在外只是降低了生命存在的可能,從之前估計的數百億顆宜居行星,降到了現在數億顆,或者數十億顆,但這並不能肯定的說人類是孤獨了。
在地球之外,還有很多生命的伊甸園。