什么样的星球是“宜居”星球？ — 新京报

作為地球的“姊妹（mèi）行星”的火星，因大氣層與地球（qiú）類（lèi）似，且清晰發現了水痕跡而備受（shòu）重視。自1960年以來，人類不斷向火星（xīng）發射勘探器，經過許多的勘探和剖析，科學家們發現火星在大約40億年前曾是太陽（yáng）係中最合適生命生計的星球。那麽，火星是否可以從頭成為宜居星球，成為人類的第二家鄉（xiāng）？除火星外，坐落火星和木星軌跡之間的穀神星相同引發了科學家們的（de）等待，科學家（jiā）在這顆由岩石和固態水組成的星球上（shàng）發（fā）現了碳基有機化（huà）合物，而這正（zhèng）是生命來（lái）曆的要害物質。與此同（tóng）時，就在不（bú）久前，英國牛津大學宣告確認了一顆坐落類太陽（yáng）恒星宜（yí）居帶鄰近的超級地球。這顆被命名為HD 20794 d的“超級類地行星（xīng）”，其信號初次（cì）被捕（bǔ）捉於2022年。科學家以為，這顆超級地球存在液態水（shuǐ）的或（huò）許性較大。

地球生命的（de）來曆及地外生命是否存在等（děng）問題一（yī）向令人類入神，不論是科學家（jiā）、哲學家，仍（réng）是普通（tōng）人。了解地球生命的誕生進程，將使人類長久以來對（duì）本身來曆的探（tàn）究得到答複，也將（jiāng）大大提高咱們對極為雜亂的天然進程的認知。不論是對研討生命的生物學家，仍是對評（píng）論人類世界觀構成方法的常識（shí）論（lùn）者來（lái）說，想（xiǎng）要知（zhī）道生命及其根本特點都不是一（yī）件簡略的事。天體物理學家企圖探究太陽係中的其他天（tiān）體是否有或（huò）從前有（yǒu）生命存在，假定（dìng）存在的（de）話，那麽太陽係之外是否存在“其他（tā）地球”，或其他“宜居”星球呢？

以下（xià）內容節選自《太陽、地球、生命的來曆：改動地球前期生命（mìng）史的14個大事件》，較（jiào）原文有刪省修正。已（yǐ）取得出版社授權刊發（fā）。

《太陽、地球、生命的來曆：改動地球前期生命史（shǐ）的14個大事件》，[法（fǎ）]米裏埃爾·加爾戈 [法]埃爾韋·馬丁 [法]普裏菲卡（kǎ）西翁·洛佩-加西（xī）亞等 著，冷偉 梁（liáng）鵬 林巍等 譯，後浪丨四川（chuān）科學（xué）技術出（chū）版社2025年2月版。

世界的千億星係中有一個很特別的星係，在那個星係的千億恒星（xīng）中有一顆恒（héng）星名（míng）字叫太陽。太（tài）陽的（de）行星中有一顆小小的藍色星（xīng）球，它所在的方位既不太冷也不太熱，這裏是許多生命的（de）家鄉。這顆充滿（mǎn）生機的行星——地球，對咱們來說是絕無僅有的，因為它是（shì）咱們人類的星球。可是（shì）經過實踐觀測，天文學（xué）家現已可以確認，大多數類太陽恒星周圍都有行星係。那麽，係外行星或許宜居嗎？

什麽樣的星球才是宜居的？

從4.57Ga（10億年（nián））地球在太陽係中誕生到540Ma（百萬年（nián））的寒武（wǔ）紀大迸發，這段前史見證（zhèng）了咱們星（xīng）球的構成，它在地球（qiú）物（wù）理和地球化學的效果下不斷地被刻畫，終（zhōng）究，生命在這裏誕生、演化（huà），乃至改（gǎi）動著地貌形狀。不過，當咱（zán）們缺少依據（jù）時，不得不拋棄前史剖析而求（qiú）助於（yú）理論假說。

咱們無法（fǎ）從任何遺址中了解這種演（yǎn）化（huà）的必定性。不過（guò），咱（zán）們確（què）認（rèn）偶爾性起了決定效果。所以，有沒有其他或許孕育（yù）生命的行星呢？抑或是，地球是世界（jiè）中僅有有（yǒu）生命的星（xīng）球嗎（ma）？

據估計，世界的年（nián）紀約為13.7Ga，這也是銀河係第一代恒星的年紀。換言之，從這個（gè）時間（jiān）規範上看（kàn），銀河係在世（shì）界大爆（bào）炸（zhà）之（zhī）後不久（jiǔ）就構成了。可是，這並不意味（wèi）著銀河係中一切恒星（xīng）的年紀與世界的年紀相同大。咱們的太陽隻需大約45億歲，誕生於現已（yǐ）90億歲的銀河係。接著，在太陽構成不（bú）到2.0Ga，這個藍色星球上就呈現了生命。太陽的壽數是10.0Ga，標明自銀河係誕生以（yǐ）來，數十億（yì）顆“太陽”現已構成、演化，最終以行星狀星雲的方（fāng）式被蒸發掉；也標明有數億顆（kē）“太陽”同現在的（de）太陽相同，正處於演化（huà）之中。這就意味（wèi）著，假定這些“太陽”周圍也存在“宜居”的星球，即它們其（qí）時也滿意了生命來曆的部分條件，那麽，現在這些行星（許多此類（lèi）行星（xīng）乃至比地球老得多）上也（yě）或許有生（shēng）命寓居。

《太陽、地球、生命的來曆：改（gǎi）動地球前期生命史的14個大事件》內頁插圖。

可是，至少現在看來，即使（shǐ）在整個太陽係，咱們好像仍是“孤單的存在”，咱（zán）們隻需地球這一個孤零零的樣本。依（yī）據這相同本，咱們（men）知道了碳鏈是現存一（yī）切（qiē）生命體中的分子的根本骨架。這並不算是一（yī）個約束條件，因為（wéi）碳（tàn）是在恒星中生成的，同氧、氮相同（tóng），它也是世界（jiè）中含量最多的元素之一（其含量高出矽元素的10倍）。咱們也了解到，液（yè）態水可以說是生命呈現和演化必不可少的條件。相（xiàng）同，水也是世界中常（cháng）見的分子（如掩蓋在星際塵土顆粒表層的冰）。但即使在今日，咱們也難以（yǐ）定量星際介質中以氣體方式（shì）存在（zài）的（de）水的豐度（dù）（該問題是2009年春歐航局發射的（de）“赫歇爾”號勘探衛星（xīng）的首要使命之一）。

因而，雖然咱們隻了解一種生命方式，但依據世界的組成（原子、分子和聚合物），咱們沒有理由把氨溶液中的矽鏈（矽基生命）等奇特的化學物質當作世界中其（qí）他（tā）星球存在另一種生命方式（shì）的依據。其次，水以液態方式存在是一個根本前提（tí），但這（zhè）需求特定的溫度和（hé）壓力規模。地外生命探（tàn）究之旅（lǚ）將從這些成分下手（shǒu）：它使（shǐ）咱們可以（yǐ）界說“宜居”的星球應該是怎麽樣（yàng）的（這並不代表已（yǐ）有生命（mìng）寓居）。咱們需求留意（yì），保持（chí）地球生命所需的溫度和壓（yā）力規模其實是極（jí）為廣泛的。假（jiǎ）定咱們添加一個額定約束條件：存在安穩的能量庫（kù）（不論是（shì）以什麽方式，尤其是光及光合效果（guǒ）不存在的狀況下（xià），某些生（shēng）物可（kě）以使用礦物質的化學能），可以為生命體的代謝供給（gěi）能量。

太（tài）陽係中的其他生命。

太陽（yáng）係具有（yǒu）數以千（qiān）計的天體（行星、衛星、小行星、彗星等），它們的物理化學性質高度多樣化。近幾十年來的深空勘探項目使得人類可以（yǐ）近間隔觀測這些（xiē）天體，人們也（yě）意識到研討地外生命這一科學問題的雜亂性。首要，從行星離太陽的（de）間隔來看，太陽係有3顆岩質行星是“宜居”的，也便（biàn）是說，理論上這些行星的（de）外表（biǎo）可以存（cún）在液（yè）態水：地球、金星和火星。但現實是（shì），隻需地球外表存在液態水且孕育了生命。生命呈現的要害要素呈現（xiàn）了（le）：大氣圈及溫室效應的（de）存（cún）在。大氣圈中的水（shuǐ）經過三（sān）態循環（冰/液態水（shuǐ）/水蒸氣）完結能量的交流和從其母恒星上取得的光能的（de）交（jiāo）流。

咱們已知道，現在金（jīn）星的外（wài）表溫（wēn）度大約是500℃，液態水不或許存在（zài），明顯也不利於（yú）生（shēng）命的生計。因（yīn）為金星間隔（gé）太陽較（jiào）近，且金星大氣中95%以上為二氧化碳，這使得金星大氣圈十分稠密，很或許曾（céng）產生失控溫室效應（即因為金星間隔太陽（yáng）太近，它失（shī）去了調控其外表溫（wēn）度的才幹）。

火星的（de）問題是引力（lì）過小，因（yīn）而氣體逃逸功率很高。尤（yóu）其是水分子，當水汽進入大氣並被太陽（yáng）紫外（wài）輻（fú）射光解之後，氫的逃逸將使火星脫水。因（yīn）而，現在火星大氣圈較薄且首要（yào）為二氧化碳，大氣壓很低，不能產生滿意的（de）溫室效應。可是軌跡太空勘探器如ESA的火星快車勘探器（qì）的（de）最新勘探成果顯現，火星外表存在堆積層和溝壑，意味著這顆“赤色星球”外表的液態水（shuǐ）環境或許曾繼續了10億年之久。如此（cǐ）長的液（yè）態（tài）水環境足以使生命呈現並演化。假（jiǎ）定這樣的話，火星上的生命能否熬過太陽（yáng）係構成700Ma後產生的（de）強烈的晚期重炮擊呢？抑或是大碰擊導（dǎo）致外表液態水環境的消失？對查找生命痕（hén）跡的研討者來說，有一點很走運，火星外（wài）表並沒有像地球外表相同遭受（shòu）到結構活動的不斷改造。因而（ér），咱們仍有望找到古（gǔ）火星生（shēng）命的殘跡。這便是為什麽自1975年的（de）海盜號到現在的勇氣號、機會號（hào）、鳳凰號火星（xīng）勘探器，人類一向積極地在火星地表（biǎo）查找生（shēng）命痕（hén）跡。值得一提的是鳳凰號火星勘探器，它在火星北極冰蓋（gài）鄰近發現了掩蓋在表層（céng）塵土下的（de）水冰，驗證了火星奧德賽號軌跡勘探器的觀測成果。雖然咱們現在沒有發現火星（xīng）人，但假定曩昔火星上從前（qián）呈現過生命，那（nà）麽（me）生命仍有或許存（cún）在於火星（xīng）地下還存在液態水的某些旮（gā）旯。此外，火星上的地質活動一向很活潑：火星最終一次火山噴射產生在2Ma。因而，現在咱們仍不能徹底掃除火星上存在可為生命供給能量的氧化複原環境的或許性。

伽利略號（Galileo）勘（kān）探器於1992年12月7日拍（pāi）照的月球印象。《太陽、地球、生命的來曆：改動地（dì）球前期生命史的14個大事件》內頁插圖。

與火星和金星比較，地（dì）球（qiú）是（shì）僅有一個板塊結構運動（dòng）繼（jì）續進行的類地行星。因而，板塊運動或許是生命（mìng）呈現和演化的重要要素之（zhī）一。地球的板（bǎn）塊運動使得氧化性物質和複原性物質（zhì）共存（比方沿大洋中脊的海底熱液噴口），然後在地球內部與外表兩者之間構（gòu）成了一道能安穩供給化學能的分界麵。除太陽能之外，生命也可以使用這種（zhǒng）化學能。

不過（guò），板塊運動的首要效果是（shì）調控地球的氣候。在（zài）地質時間規範（fàn）上，板塊運動（dòng）構（gòu）築起座座崇山峻嶺並導致了大陸的呈現，陸麵的風化效果將大氣中的二氧化碳轉（zhuǎn）化為碳酸鹽堆積（jī）物，之後堆積岩經過海陸邊際的爬升帶進入地幔。與（yǔ）此相反，板塊運動中的火山（shān）效果將地球內部的（de）二（èr）氧（yǎng）化碳（tàn）帶入大氣。換句話說，板塊運動在長期規範（fàn）上調理著地球大（dà）氣的二氧化碳調理體係（碳循（xún）環），然後使其溫室效應相（xiàng）對安穩。這一特（tè）征（zhēng）使地球保持了其外表溫度（dù）和（hé）液態水環境。一個星球是否宜居，很或（huò）許與星球的板塊運動密切相關（guān）。

假定金星和火（huǒ）星都不可，那麽太陽係其他地方有或許存在液態水嗎？許多盤繞巨行星的冰凍衛星的外標明顯不或許，但這些衛星的內部（bù）或許存（cún）在海洋。關於冰下海（hǎi）洋的最有力依據是卡西尼—惠更斯號（Cassini-Huygens）勘探器（ESA/NASA）最近在土衛二（恩克拉多斯，土星較（jiào）小的衛星之一，直（zhí）徑（jìng）不到500km）上發現（xiàn）的間歇泉（quán）。這些間歇（xiē）泉的存在有兩層意義：一（yī）方麵（miàn），它標明土衛二冰層外表之（zhī）下存在液態水；另一方麵（miàn），它證明土衛二在土星的引力對其構成的潮汐效果下可以（yǐ）供給滿意多的能量來保持（chí）其內部的液態水環境。此外，土衛二間（jiān）歇泉中還發現了氣態二氧化碳和有機分子，這意味著某種不知道生命體（tǐ）內正在進行著某種化學反響，這種反響可以作為其代謝活動的潛（qián）在能量。

依據這項發現，研討者以（yǐ）為在沒有陽光的狀況下，土衛二（èr）深部也有或許具有（yǒu）為生命代謝活（huó）動供給能量的來曆。別的，惠更斯號勘探器在土衛六（泰（tài）坦，土星的另（lìng）一個衛星，也是太陽係僅有有（yǒu）大氣圈的衛（wèi）星）上沒有發現（xiàn）水的痕跡，卻（què）發現了甲烷海洋。

木星的冰凍（dòng）衛星—木衛二（歐羅巴，Europe），其巨細與月球差不多，也（yě）是太陽係中或許存在生命的星球。木衛二外表掩蓋的冰層上充滿了溝壑，這（zhè）是（shì）冰塊緩慢運動的成果。木衛二內部結構模仿成（chéng）果標（biāo）明，木衛二內部存在著海洋。雖然咱們很難知道生命是怎麽在這種環境中誕生的，但木（mù）衛二（èr）已成（chéng）為幾個旨在查找地外（wài）生命的深空勘探項目的方針。

世界中的其他生命？

現在，咱們不知道太陽係其他地方是否也存在生命。但有一點毫無疑問，銀河係具有數十億顆行星（係外行星），不論它們（men）是否圍繞著太（tài）陽型恒星運轉（zhuǎn），該恒星質（zhì）量比太陽（yáng）或大或小然後使行星溫度比地球或熱（rè）或冷，在天文學意義上，每一顆恒星（xīng）都具有一個“宜居帶”，即星球外表或許存在液態水的區域：行星間隔（gé）恒星太遠，水將被（bèi）凍結成冰（假定存在（zài）水）；間隔恒星太（tài）近，水將被蒸發（fā）成水蒸氣（qì）。咱們可以經過簡略的計（jì）算來確認宜居帶的方位和規模，然後發現是否存在宜居（jū）係外行星（xīng），而不考慮（lǜ）其質量等特征。2009年4月，研討者依據此規範發現（xiàn）了（le）兩顆新的係外行星（到2009年4月，已發（fā）現的係外行星有400顆）。這兩顆係外行（háng）星歸於同（tóng）一行星係（現在這個行星係有4顆行星），它們的質（zhì）量分別為地球質量的5倍和7倍。它們都圍繞著恒（héng）星格利澤581（Gliese581）運轉（zhuǎn）。這顆恒星與太陽大不相同，因為它的質量隻需太陽質量（liàng）的3/10，為一（yī）顆紅矮星，不過其（qí）年紀（jì）與太陽（yáng）的適當。

這一成果標明（míng），隻依據（jù）行星液態水存在的或許性這一單一規範，咱們就可（kě）以辨（biàn）認與地球天壤之別的“宜（yí）居（jū）”行星（xīng），下文咱們會具體評論這將（jiāng）給生物學帶來的嚴重影響。可是，狀況並非如此簡（jiǎn）略。地質學家和地球化學家指出，地球外表液態水的存（cún）在不隻與地球到太（tài）陽的間隔有關，還有其他影（yǐng）響要素。比（bǐ）方，即使是在（zài）上述界說的“宜居帶”之外的（de）星球上（shàng），溫室效應形成的熱力逼迫效果也或許使星球外表溫度保持在冰點以上。此外，板塊運動的存（cún）在也會影（yǐng）響溫（wēn）室效應，然後影響行星（xīng）的宜居性。換句（jù）話說，上文引（yǐn）進的“宜居帶”概（gài）念（天文學意義上的宜居帶）是依（yī）據行星所需的最低能量之上進行界說的。這便是咱們對。宜居帶。規模之外的天體也感興趣（qù）的原因。不論是係內行（háng）星（如行星的衛星們，詳見上文土衛二和木（mù）衛二）仍是係（xì）外行（háng）星，咱們（men）都需求加強對其內部結構（gòu）和內部動力學的研討（現在在這類（lèi）行星數量有限的狀況下是或許完成的（de））。

假定咱們使用光譜技術研討這些天體的大氣圈，潛在“宜居”係外行星帶的規模或許會進一步（bù）擴展。在係外行星大氣圈中，氧氣、臭（chòu）氧及甲烷或氨氣等複原性氣體的存在也可以作為星球上代謝存在的（de）有力依據。現在，經過地上觀測站對係外行星的光譜剖析（xī）研討，研討者發現（xiàn）係外（wài）行星大氣圈中（zhōng）或許存在水。不過，咱們或許有必要比及可以發射（shè）極端精細的衛星時才幹確認（rèn），這是2025年的使命方針。為了取得係外行星（xīng）的光譜信（xìn）息，然後證明上文（wén）提到過的分子“代（dài）謝標誌物”（“生物標誌物”）的存在，ESA擬定了“達爾文”方案（àn）（Darwin），NASA也籌劃了“類地（dì）行星查找者（zhě）”（簡稱TPF）工程。

最終，對生物學家來說，“宜居星球”有必要滿意現代生命所需的物理（lǐ）化（huà）學條件。這些根本條件需求經過研討地球生命生計的極限（xiàn）條件來確認，這意味著存在液態水（但並不局限於地（dì）表水，也可所以地下海洋，如上文所述）、適合的溫度（介於0~110℃）及能量（liàng）源。能（néng）量（liàng）可所以光能，也可所以氧化複原反響產生的化學能（néng），不過後者要求氧化性物質和複原性物（wù）質共存。除了上述條件，還有一個條件：行星的（de）地（dì）質活動也比較活潑。

生命：世界的偶爾仍是必定？

地球上的生物學家或許需求考慮地球生命的來曆和演化問題，但對（duì）哲學家、化學家、地質學家、天文學家來（lái）說，一個（gè）根本問題（tí）至今仍未得到（dào）答複：地球生命在（zài）世界（jiè）中（zhōng）是否絕無僅有？是偶爾性的產品（1965年諾貝爾生理學或醫學獎得主雅克·莫諾的觀念）？抑或具（jù）有必定（dìng）性，即當生（shēng）命（mìng）所需的物理化學條件都呈現時的必定（dìng）成果（1974年諾貝爾生理學或醫（yī）學獎得主克裏斯蒂安·德迪夫的觀念）？

假定某一（yī）天咱（zán）們（men）在另一（yī）個行星係中也發現了（le）生命，或許就（jiù）可以找到生命（mìng）來曆問題的（de）答（dá）案。可是，即使暫時不論（lùn）雅（yǎ）克·莫諾的急進態度，咱（zán）們好像也無法徹（chè）底附和克（kè）裏（lǐ）斯蒂安·德迪夫所倡議的那種“必定（dìng）性”，因（yīn）為這種觀念也（yě）存在許多問題。讀者可以自行判別（bié）。

假定有一天，咱們可以證明生（shēng）命的呈現並非地球上才產生的共同（tóng）現象，那麽不可避免地呈現了另一個問題：毫無疑問，世界中存在許多的宜居行星，生命（mìng）在世界中仍然（rán）稀有仍是具有必定性（xìng）和普遍性？假定是後者的話，生（shēng）命呈現乃至生計的這些根（gēn）本（běn）條件是否可以被準確認義呢？單純（chún）從物理化（huà）學條件（液態水及有（yǒu）機分子的（de）存在）來看，咱們或（huò）許可以對其進行（háng）界說，因為這些成分遍（biàn）及世界的各個旮（gā）旯，且含量豐厚。可是，隻需地球生命的來（lái）曆進程尚未可知，咱們就很難給出清晰的答（dá）案。

《史前星球》第一季（2022）劇照。

即使咱們可以答複前麵的（de）問題，那麽咱們或許勘（kān）探出來的地（dì）外生命又是怎麽進行演化的（de）呢？咱們已勘探到各式各樣或許含（hán）有液態水（shuǐ）的行星，必定有許多潛在（zài）宜居星球盤繞著格利（lì）澤581這樣的恒星運轉。因為這類恒星較冷（比較太陽的5900K，該恒（héng）星外表溫度（dù）僅為3500K）且在紅外波段和紫外波（bō）段的輻射都大大強於太陽（存在活動劇烈的色球層），其周圍行星上的生命所遵（zūn）從的演化途徑很或許（xǔ）與地球生命的大大不同。能量交流又（yòu）將怎麽進行？它們的機製和功（gōng）率怎麽？會有何（hé）種光合效果？演化的速度會有多快？生命會演（yǎn）化到什麽姿態（tài）？與太陽不同，0.3M☉（太（tài）陽質量）的恒星的壽數近乎永生（shēng）！現在還有許多懸而未決的問題待解開。

假定將來咱們的確發現了（le）地外生命的牢靠痕跡，或許咱們就能給出這些（xiē）問題的答案。咱們乃至或許經過這種非同小可但直接的（de）手法來了解地球生命的來曆，也便是咱們人類的來曆。這豈不是一件很有意思的事。

原文作（zuò）者/［法］米裏埃爾·加爾戈 ［法］埃爾韋·馬丁 ［法］普裏菲卡（kǎ）西翁（wēng）·洛佩-加西亞 等。

摘編/何（hé）也。

修改（gǎi）/何安安。

校正（zhèng）/劉軍。