隕石有什麼用？我們或許能夠推測一下外星生命的長相

你見過流星嗎？這是一些小行星向地球墜落的過程中燃燒發出的光。絕大部分的小行星在墜落過程中就燃燒殆盡了，但是還有極少部分能夠殘留一些降落在地表，這些殘留的小行星被稱為隕石。每次有較大的隕石墜落，科學家們都會想盡辦法去尋找到它們，研究它們。

不僅如此，每年前往南極進行科考的任務中，也都會安排尋找隕石的科考活動，在2016年第32次南極科考活動中，科學家們就收集到了630塊隕石。

科學家們也並不滿足於在世界各地尋找隕石，他們還設計了許多專門的小行星探測器，飛到小行星附近進行研究，最近的一次是日本的隼鳥二號小行星探測器，它還順利降落到了小行星表面進行研究。

科學家們到底為什麼要花費這麼大的功夫去尋找隕石和探測小行星？研究這些隕石和小行星對我們有什麼用呢？我們這一次就來聊一聊隕石的作用。

一、地球是怎麼形成的？

地球是怎麼形成的？這可能是人類亙古以來一直在探究的問題。

古人習慣於把這類不可探知的問題推給神。中國古代的神話故事中說，地球起源於盤古開天闢地；西方的神話故事則說，地球起源於上帝的創造。

到了近現代，數學、物理、化學、地質等學科的科學體系建立起來以後，人們才提出了比較合理的地球形成假說，這個假說被稱為星雲假說。

星雲說認為，50億年前如今的太陽系附近被一團巨大的星雲物質佔據，這團星雲物質在萬有引力的作用下逐漸收縮，我們可以稱之為「太陽星雲」，由於萬有引力的作用，太陽星雲旋轉的越來越快，形狀也越來越扁平，形成一個星雲盤。在星雲盤中，由於引力的作用，星雲物質不斷收縮和聚集，形成許多「星子」，大約99%以上的星子都聚集在了在星雲的中心處，它們相互吸引、融合，在巨大的壓力和溫度作用下，大約在45.67億年前，核聚變被點燃了，這就是原始的太陽。與此同時，太陽星雲中的其他物質則相互碰撞聚合形成小行星，小行星相互碰撞形成各大行星，這就是太陽系內各大行星的形成過程。

太陽系形成示意圖

我為什麼說這是一個比較合理的地球形成假說呢？這是因為我們有證據，證據就是隕石。在對隕石的化學元素的測定中發現，隕石中的C、S、Cl、K、Si、Fe、Cu、Sn、Pd、U等元素的同位素組成與地球物質近於一致[1]，這些實際上證明了隕石與地球的同源性。

二、地球年齡有多大？

地球形成之外，人們對於地球年齡的探尋也持續已久，但是在現代科學成長起來之前都只是一些神話中神神叨叨的言論罷了。

在中國的神話中說，對於盤古開天地的年齡的記錄最早出現在三國時代的《三五歷記》中：「天地渾沌如雞子。盤古生在其中，萬八千歲，天地開闢。陽清為天，陰濁為地。盤古在其中，一日九變。神於天，聖於地。天日高一丈，地日厚一丈，盤古日長一丈，如此萬八千歲···」，如果把中華文明看作5000年，那麼從這段話中我們能得出世界形成於41000年前。

《三五歷記》與盤古開天的故事

西方的神學家們計算的時間更短，17世紀的一個大主教利用聖經計算出來的地球年齡為6000年。

這些顯然是不對的，我們知道地球的真實年齡還是在現代的化學和物理學都成長起來以後。19世紀末期，以居裡夫人為代表的一批物理學家和化學家們發現了放射性元素的存在，放射性元素在釋放射線後會衰變成其他的元素，比如鈾會最終衰變成鉛。

一份放射性元素衰變到原來的1/2所需要的時間被稱為半衰期。比如鈾235衰變為鉛207的半衰期為7億年，意思是1份鈾235，過7億年後會只剩下1/2存在，另外的都變成鉛207了，再過7億年，只剩下1/4的鈾235,另外3/4都變成鉛207了。

半衰期示意圖

放射性元素的發現對於人們探索地球年齡是一個重大的利好，因為巖石中或多或少都有這些元素存在，我們只需要去測量鈾和鉛的比值就能夠知道它們經過了多少年了，這就是鈾-鉛同位素測年法（還有許多其他的同位素測年法，在此不深入）。

在有了同位素測年法之後，想要知道地球的年齡就很簡單了，找到與地球同時形成的物質即可，這些與地球同時形成的物質是什麼呢？小行星！我們現在沒辦法上天去帶它們回來，但是架不住它們會自投羅網啊——這些小行星墜落的未燒毀的部分就是隕石。科學家們通過對於隕石中的同位素測年結果表明，地球的年齡為45.5±0.7億年。

人類利用鐵隕石測量地球年齡

到此為止，我們可以斷言：除非我們對放射性過程以及對時間本質意義的認識有什麼錯誤，否則人類認識地球年齡這個數千年來的重大問題已經宣告解決——地球年齡大約為45.5億年。

三、地球上的水從哪裡來？

地球上的水從哪裡來？這其實也是一個非常重要的問題。

我從小喜歡看那些奇奇怪怪的神秘學書籍，比如UFO研究、地球神秘事件研究之類的，在這些書籍裡面，總是會給地球上水的來源一個奇奇怪怪的解釋，比如地球上的水來自於外太空，每年有多少來自太空的冰塊掉進地球；或者更扯的直接說說地球上的水來自於外星人，我們是外星人的實驗物種，為了讓我們存活，外星人在造地球的時候就給地球很多的水···小時候年幼無知，信了很長一段時間，直到我自己學了地質之後才知道這些聽起來就很扯的理論到底有多扯~

《世界未解之謎》給了小時候的我很多歡樂，但是現在發現都是胡扯

在地質學上，以前也確實有地球水來自於宇宙的理論，但是這種理論最近越來越受到質疑。主要的原因就是對於隕石的研究。科學家們最近發現在很多隕石的礦物中含有大量的水，有時候含水量最高可以到達20%[2]，這些水是以什麼形式存在呢？在很多時候，這些水並不直接以水分子的形式存在，而是以氫根和氫氧根形式存在，或者直接藏在礦物晶體的晶格之間，當這些巖石被融化成為巖漿，高溫給了它們化學反應的機會，在化學反應中，氫根與氫氧根結合形成水，並以火山噴發的形式噴出地表，這就是地表水的來源方式。

也有不少科學家們對於火山中的氣體成分進行研究，研究結果表明，在現代火山的氣體中，水蒸氣佔據了大部分，從70%-99%不等[3]

四、地球上的生命從哪裡來？

地球生命從哪裡來？目前主流的科學理論有兩個，一個是地外起源說，一個是地球起源說。

地外起源說，普通人版本是以為外星人創造了生命，但是科學版本中並沒有外星人的出現。科學版本的地外起源說中，是隕石帶來了最初的有機物，這些隕石帶來的有機物到達地球後發生化學反應，從有機小分子變成有機大分子再變成原始生命。

地球起源說與地外起源說的差異點在於，地球起源說認為地球上形成生命的有機物是地球本身形成的。相同點在於，它們都認為有機物在隨後發生了化學反應，從有機小分子一步步演化成生命。

目前對於隕石的研究實際上發現了許多的隕石中存在有機物，從胺基酸，到核糖、鹼基、蛋白質等等，都有發現，不過這些發現並沒有讓生命的地外起源說得到更多的認同，反倒是得到了不少的質疑。

質疑的問題在於以下幾點：

第一個點是，隕石和地球上的同種有機物在分子結構上是存在差異的，許多都是同分異構體（分子式相同，結構不同）[4]；

同分異構體：分子式相同，結構不同

第二個點是，手性的問題。隕石中的胺基酸和地球上的胺基酸在手性上是有差異的。什麼是手性呢？做個小實驗就懂了，舉起我們的左右手，掌心對掌心是可以貼合在一起的，但是如果都掌心向下，左右手放在一起，你就會發現此時就沒辦法貼合在一起了，這就是手性。在地球上的胺基酸，都只有左旋結構，但是隕石中的胺基酸則左旋和右旋結構都有[4]。

手性與非手性的區別

第三個問題是，在形成生命的化學演化過程中，可能需要比較多的有機物，這些隕石能不能為生命演化提供足夠的有機物？而早期地球的水熱環境無疑能夠穩定、大量地產生有機物，因此現在的主流更相信生命起源於地球這個說法。

五、外星生命存在嗎？

在繼續講隕石之前，我要講一個2017年的發現，這個發現曾經發表在Nature上。2017年的時候，科學家們在加拿大的魁北克省海岸上發現了一些微生物化石，這些微生物是生活在當時地球的深海熱泉附近的一些嗜熱細菌[5]。

微生物化石顯微照片

它們生活的年代據估計是在37.7-42.2億年前，這是什麼概念呢？那時候的地球形成才3-8億年左右，而且那時候的地球正在經歷一個非常殘酷的時期：重轟炸時期。在重轟炸時期，地球經常受到小行星的瘋狂轟炸，據估計，因為受到小行星的密集轟炸，地球在這一階段體積增長了10%左右。

在如此惡劣的環境下，生命依然迅速地出現在了地球上。

而我們目前對於隕石上有機物的發現，雖然並沒有能夠證明地球上的生命起源於地外，但是它卻說明了一點，那就是在宇宙空間中，有機物的存在是比較普遍的，只要條件適合，就能夠形成各種有機物。那麼，我們進而可以進行一個小小的推測，只要存在如地球一樣的宜居星球，生命存在的可能性很大，或者更激進一點說，生命必然存在。

截至2013年，發現的宜居星球，0.72-0.92是與地球的相似指數

六、外星生命長啥樣？

鑑於隕石中普遍發現的有機物，我們可以進一步猜想外星生命的一些生命特徵：

1.它們大概率與我們一樣，是碳基生命；

2.這些生命也都是由有機物經過化學反應進化而來，具備化學進化的理想場景就是水，而鑑於水在宇宙中廣泛存在（參考第三節），所以這些生命極大可能產生於水中；

3.外星生命很可能也都是由細胞構成，只有存在了細胞膜，才能夠把生命物質和非生命物質隔開；

4.結合地球上單細胞生物和多細胞生物的生命形態，這些生命長得可能像地球上的細菌、蠕蟲、節肢動物、脊椎動物等等，這些我們不應該感到驚奇；

5.但是不同的星球有不同的環境，這些生命為了適應不同的環境會產生不同的適應性變化。比如，如果星球的重力比地球小，它們可能更加高大，但是骨密度小，肌肉更加無力；如果星球的重力比地球大，它們可能更加矮小且粗壯，骨骼密度更大一些，肌肉更加發達一些···

6.出現類似塞伯坦星變形金剛這樣的矽基生命的可能性非常小。

碳基生命很有可能，矽基生命不太可能

參考文獻：

[1]歐陽自遠.隕石研究與地球演化的幾個問題[J].地質地球化學,1974(04):1-8.

[2]侯渭,謝鴻森,周文戈.隕石含水礦物成因評述和地球水來源的探討[J].地球科學進展,2001(02):209-214.

[3]野津憲治 ,姚泰煜.火山氣體的分析[J].地質地球化學,1985(05):59-62.

[4]楊晶,林楊挺,歐陽自遠.地外有機化合物[J].地學前緣,2014,21(06):165-187.

[5]Dodd, M., Papineau, D., Grenne, T. et al. Evidence for early life in Earth’s oldest hydrothermal vent precipitates. Nature 543, 60–64 (2017).