恆星大氣中可能有生命存在嗎?

2021-01-09 天文在線

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生命,即使是超出人類認知的生命,是否有可能存在恆星大氣中?

美國航天局提供的一張圖片顯示,太陽動力觀測衛星於2012年6月6日從太空拍攝到金星穿越太陽表面的高清圖。上一次穿越是在2004年,而下一次發生類似事件是在2117或2125年(供圖:美國航天局太陽動力天文臺)

可惜的是,假若生命存在於類似太陽這樣的恆星大氣中,它一定會很快化為蒸汽。像太陽這樣的恆星,表面溫度高達10000華氏度(約5800開氏度),高溫足以將鐵變成懸浮的離子,融化最堅硬的合金。這溫度實在太高,任何生物體都無法存活;任何複雜的分子都將立即燒毀。太陽表面還是整個太陽溫度最低的;越往裡走,你會發現越來越熱。奇怪的是,太陽表層稍往外一點,溫度卻更高,原因尚未可知。所以,若分子無法存在於太陽表層,則生命也不可能存在。

這並不意味著在大氣中存在生命毫無可能,只要我們願意尋找一個不那麼熱的地方。我們的研究發現,地球大氣中竟出乎意料的有很多生命,它們漂浮在遙遠的大氣層中。一架颶風偵察飛機從6英裡(10公裡)的高空取回了一些空氣樣本,在裡面發現了極大密度的細菌和真菌!細菌並未全部死亡,至少,這是個好的開始。

地球能量平衡圖,輸入與輸出(數值用W/m2表示)。衛星儀器(CERES)測量反射的太陽光和發出的紅外線光量。這一能量平衡決定地球的氣候。

令人吃驚的是,大氣層位置越高,所受到的來自太陽高能紫外線越多,一般來說,紫外線對生命是有威脅的,這就是為什麼我們應該戴太陽鏡。紫外線輻射的能量,足以使原子和分子離子化,使電子偏離原本的軌道;紫外線會損傷細胞,根據損傷程度,細胞或變異或消亡。對人類來說,紫外線灼傷會導致皮膚細胞分化加快,這是皮膚癌的一大誘因。大氣層在阻隔紫外線方面意義重大,但越往大氣高層,紫外線照射越強烈。距地面6.8英裡的高空,75%的大氣都在腳下,因此對細菌來說的確是個極端、不受保護的生存環境。在6英裡高的大氣中發現這麼大體積的細菌存活且不受紫外線的影響確實出乎意料。目前的解釋是,是風暴將這些細菌幾乎卷至平流層,細菌重量很小,能夠短期懸浮於空中,細菌和灰塵、水蒸氣一起形成了雲。

金星探測號第14號著陸器拍攝的金星表面圖片。圖源:蘇聯,2003, 2004,Don P. Mitchell.

從天文學角度來看,這一謎題的有趣之處在於,在地球大氣圈發現細菌,就能合理說明,在其他星球的大氣層也能有生命存在。大家立刻把金星視為疑似對象,金星溫度高達860華氏度,溫室效應嚴重,火山爆發橫行,酸雨泛濫,是個人類十分中意的星球。儘管不十分準確,描述的如此場景算不上一個宜居星球該有的樣子。另一方面,我們也不是特別期待能夠在這樣的星球表面發現什麼生命,畢竟我們發射過去的探測器在著陸幾小時之後就被摧毀融化了

金星先鋒軌道衛星拍攝的金星雲層紫外線圖片(1979年2月26日)。圖源:美國航天局

然而,在遠離金星表面極為稠密的雲層中,其中有一層的溫度相當溫和。該雲層距金星表面65公裡,氣壓跟地球表面的氣壓差不多,溫度接近常壓下的室溫。但對人類來說很不幸,這一雲層是金星大氣中硫酸雨常降區域。這種有毒的酸雨在落到金星表面前就已蒸發,只留下一層災難性的大氣,人類難以穿越。

Snottites/Biovermiculations 是粘糊物構成的粘稠鐘乳石水滴,內含豐富的細菌和美麗的微觀石膏晶體結構

但對細菌來說,這可能不會立刻招致滅亡,地球上有個別極端微生物仍能在硫化物豐富的酸雨條件下存活。有一類細菌生活在洞穴中,聚集成粘稠狀,以硫化物為食,能夠產生硫酸。這些細菌群被稱為snottites,或者你也可以叫它們snoticles, 倒掛在洞穴上。這類洞穴對人類來說環境有點不健康(探險家們需要穿戴超級耐腐蝕的防護服和防毒面具)因為裡面缺少氧氣,同時洞穴上有硫酸雨落下。但若溫度、氣壓合適的話,類似的細菌也能在金星的雲層中存活,無需過於擔心無處不在的酸雨。

這種思路不僅適用於金星,儘管因為它離地球最近,我們掌握了足夠多的信息,最容易探索;木星也通過了同樣思路的實驗。不計其數的科幻小說家都在探索木星人,那些木星人消滅了雲層中的生物。儘管木星上不大可能存在空中水母或雲中鯨魚,在一些更為適合的雲層中還是有可能存在微型生物的。

旅行者1號在木星-1979年3月5日拍攝的紅斑照片。該照片於1998年11月6日經過再加工,重新錄入到MDA錄影機中,參數編碼# 93779, 該照片可以通過這個機器掃描。

回到最初關於恆星大氣的問題,恆星光譜中顯示質量最低的光譜是褐矮星---這種恆星失去了大量能夠使其內核發生核聚變反應的質量。最寒冷的恆星真的非常冷;表面溫度最低在零下54到9華氏度之間,這正是地球極端生物能夠存活的臨界溫度。並非所有褐矮星都合適;我們需要它們儘可能類似木星,這就是說,只有最小的褐矮星才達到標準。而類似木星的行星與不合適的恆星之間邊界模糊。但是,根據我們現在對恆星大氣的了解,如果生命能夠在氣態巨星的高層大氣中生存,那麼質量最低的恆星——它們的數量可能超過我們地球上的恆星——可能就是星際生命的家園。

當然,所有這一切,儘管邏輯上行得通,在我們能夠實地探索和觀察之前,都只是一個純粹的思維上的實驗。用現有的技術設計出的一些任務將用來探尋這一課題,這可能讓我們首次發現地球之外其他星球上存在生命跡象。

美航局假想的大浩劫任務---金星高空作業概念---能夠在金星雲層上端尋找生命。圖源:美航局蘭利研究中心

參考資料

1.維基百科全書

2.天文學名詞

3.startswithabang-塗小圖

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