异星的地狱环境,但生命也许已经找到一种不为人知的存活方式

 

菲利普鲍尔

2016年4月25日

当我们考虑是否存在外星人时,我们通常将它们想象在一个类似地球的行星上,环绕着一颗遥远的恒星。我们通常不认为他们生活在太空中。

但也许这不是一个荒谬的想法。2016年4月,研究人员报告说,生活中的一些关键组成部分可以用模仿星际空间的苛刻条件下的简单物质生产。

法国尼斯大学的Cornelia Meinert及其同事发现,冷冻水,甲醇和氨的混合物 – 所有已知存在于巨大“分子云”中的化合物 – 可以转化为多种糖分子当暴露在紫外线中时,它会弥漫在空间中。糖类包括核糖,核糖是DNA样分子RNA的一部分。

这表明生命的基本分子可能在外太空中形成,然后通过冰彗星和陨石传递到地球等行星。

这一发现实际上并不令人惊讶。几十年来,我们已经知道,在被纳入彗星,小行星和行星之前,其他生命构建块可以通过这样的化学反应形成。

但是,有一个更有趣的可能性。生活本身可能不需要一个温暖舒适的星球沐浴在阳光下才能开始。如果原始成分已经存在于行星际的边缘,那么生命也可能已经开始了吗?

异星的地狱环境,但生命也许已经找到一种不为人知的存活方式

我们通常会想到在年轻的地球上形成的生命(图片来源:Richard Bizley /科学图片库)

关于生命起源的想法通常不会考虑这种情况。很难弄清楚地球早期的生命是如何开始的,更不用说接近绝对零度的温度和星际空间的近真空。

生命可能不会远离任何一颗恒星,这没有根本原因

制造生命的基本组成部分,如糖和氨基酸,是最容易的部分。有很多化学 –

从年轻太阳系中发现的简单分子开始,这是可行的方法。

困难的是说服这些复杂的分子组装成能够维持生命的过程,如复制和新陈代谢。在一个温暖,多岩石的星球的养育环境中,没有人做过这个,或者想出一个完全合理的方式 – 更不用说在太空中了。

尽管如此,没有任何根本原因可以解释为什么生命可能不会远离任何恒星,通常被认为是星际空间的荒芜沙漠。这是它可能发生的方式。

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行星更贴近生活(图片来源:Detlev van Ravenswaay /科学图片库)

首先,我们最好同意什么算作“生命”。它不一定要像任何熟悉的东西。

地球上广泛的生命基础 – 以碳为基础,需要水 – “反映了一种普遍的规范”

作为一个极端的例子,我们可以想象天文学家弗雷德霍伊尔1959年经典科幻小说中的黑云这样的名字:一种在星际空间中漂浮的有感知的气体,并且惊奇地发现了一个星球上的生命。

但霍伊尔无法提供一个合理的解释,说明一种具有未指定化学成分的气体如何变得聪明。我们可能需要想象一些字面上更加坚实的东西。

虽然我们不能确定所有的生命都是碳基的,就像它在地球上一样,但有充分的理由认为它是可能的。与硅相比,碳作为复杂分子的构建块更为通用,硅是对替代外来生物化学的猜测的最佳元素。

英国爱丁堡大学的天体生物学家Charles Cockell认为,地球上生命的广泛基础 – 它是以碳为基础,需要水 – “反映了一种普遍的规范”。他承认“我有一个相当保守的观点,科学普遍证明这是错误的。” 但是,现在让我们坚持以碳为基础的生活。怎么会在外太空产生?

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RNA是生命的基石之一(图片来源:Laguna Design / Science Photo Library)

基本化学不是问题。除了糖,地球上的生命还需要氨基酸,蛋白质的构建块。但是我们知道这些也可以在外太空中形成,因为它们是在从未见过行星表面的“原始”陨石中发现的。

即使冷却到绝对零度以上仅4度,一些化学品也会起作用

在发现它的19世纪德国化学家之后,它们可能是由一种称为Strecker合成的化学反应变异的冰晶制成的。该反应涉及简单的有机分子,称为酮或醛,其与氰化氢和氨结合。或者,由紫外线引发的光驱化学化合物将起到作用。

它首先看起来好像这些反应不应该发生在最深的空间,没有热源或光源来驱动它们。在寒冷,黑暗条件下彼此相遇的分子没有足够的能量来开始化学反应。就好像他们碰到了一个太高而无法跳过的障碍。

然而,在20世纪70年代,苏联化学家Vitali Goldanski表示不同。即使冷却到绝对零度以上仅4度,一些化学物质也会起作用,这几乎和空间一样冷。他们只需要从伽马射线或电子束等高能辐射中获得一些帮助 – 就像宇宙射线穿过整个空间一样。

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DNA能否在外太空中形成?(图片来源:Laguna Design / Science Photo Library)

在这些条件下,Goldanski发现,分子云中常见的碳基分子甲醛可以连接成数百个分子长的聚合物链。

Goldanski认为,这种基于空间的反应可能有助于生命的分子构建块由简单的成分如氰化氢,氨和水组装。

一般来说,我认为这些环境不太适合非常复杂的分子

但是,将这些分子结合成更复杂的形式要困难得多。可能有助于第一反应开始的高能辐射成为一个问题。

紫外线和其他形式的辐射可以引起像Meinert所证明的那样的反应。但科克尔说,他们就像粉碎分子一样可能会形成它们。潜在的生物分子 – 比如蛋白质和RNA的祖细胞 – 将比它们生产时更快地分裂。

“最终的问题是,其他完全异化的环境是否会产生可以自我复制的化学系统,”Cockell说。“我不明白为什么在非常寒冷的环境或冰粒表面不会发生这种情况,但一般来说我认为这些环境不太适合非常复杂的分子。”

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木星引力引起的潮汐加速木卫二(图片来源:Detlev van Ravenswaay /科学图片库)

行星提供两种更温和的能源:热能和光能。地球上的生命很大程度上是由阳光驱动的,并且可以肯定的是,围绕其他恒星的“系外行星”上的生命将利用他们自己太阳的能量储备。

星系可能充满了“流氓行星”,漂浮在恒星邻域的最外层

生命热也可以来自其他地方。一些科学家认为,地球上的第一次生命不是由太阳光驱动的,而是来自地球内部在深海热通风口释放的火山能量。即使在今天,这些通风口仍然喷出温暖,矿物质丰富的啤酒。

木星的主要卫星也有热量。这来自巨行星施加的巨大潮汐力,它挤压卫星的内部并通过摩擦加热它们。这种潮汐能使冰冷的卫星EuropaGanymede 的地下表面融化成海洋,使Io的表面火热和火山

很难看出星际空间中粘附在冰晶上的分子如何能够找到任何这样的培育能量。但那可能不是唯一的选择。

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可能有数百万流氓行星(图片来源:Victor Habbick Visions /科学图片库)

这似乎可能使他们陷入寒冷和贫瘠的未来。然而史蒂文森认为,相反,这些流氓行星可能是“宇宙中最常见的生命场所” – 因为它们可能保持足够温暖,以支持液态水,就像它们自己的蒸汽一样。

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一个年轻的流氓星球,仍然火山活跃(图片来源:Lynette Cook /科学图片库)

太阳系内部的所有岩石行星都有两个内部热源。

首先,每个行星都有一个火热的核心,从其形成的原始愤怒仍然是热的。最重要的是,它们含有放射性元素。这些使它们腐烂的地球内部变暖,正如一块铀温暖的触摸。在地球上,地幔内的放射性衰变约占总加热量的一半。

流氓行星不会受到巨大陨石撞击的困扰

岩石流氓行星内的原始热量和放射性衰变可以使它们温暖数十亿年 – 也许足以使行星保持火山活动并为生命提供能量。

流氓行星也可能具有密集的保温气氛。与木星和土星等气体巨星相比,地球的大气层薄而脆弱,因为太阳的热量和光线已经剥离了像氢这样的轻质气体。水星离太阳很近,几乎没有任何气氛。

然而,在一个地球大小的流氓星球上,远远超出其母星的影响,大部分原始气氛可能仍然存在。史蒂文森估计,即使没有任何阳光,产生的温度和压力也足以维持表面的液态水。

更重要的是,流氓行星不会像地球一样受到巨大陨石撞击的困扰。它们甚至可能会被拖曳的卫星从其原生太阳系中弹射出来,从而使它们受到潮汐力加热的好处。

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欧罗巴拥有隐藏的海洋(信用:NASA / JPL-CalTech / SETI研究所)

即使一个流氓星球没有浓厚的气氛,它仍然可以居住。

在这个奇怪的栖息地中的任何生命都会像一只漂浮在银河草原上的孤狼一样存在

2011年,芝加哥大学的行星科学家Dorian Abbot和天体物理学家Eric Switzer 计算出,大约3.5倍大小的行星可以覆盖一层厚厚的冰层。这样可以隔离表面以下数公里的液态海洋,并通过其内部加热。

“生物活动总量将低于地球这样的行星,但你仍然可以拥有一些东西,”艾博特说。

他希望,当太空探测器在未来几十年内研究木星冰冷卫星的地下海洋时,我们将更多地了解冰冻流氓行星的生命可能性。

艾博特和瑞士称这些孤儿世界为“白鲟行星”,因为他们说,“这个奇怪的栖息地中的任何生物都会像孤狼一样在银河草原上游荡”。艾博特说,这样一个星球的可居住寿命可能高达100亿年左右,与地球相似

异星的地狱环境,但生命也许已经找到一种不为人知的存活方式

生命会在星际尘埃云中形成吗?(图片来源:NASA / JPL-CalTech /科学图片库)

如果这些想法是正确的,那么我们太阳系之外的星际空间中的流氓行星可能是最接近外星生命存在的地方。

想象一下,在温暖的火山泉中沐浴在永恒的夜晚,就像在冰岛度过一个寒假

他们很难在这么远的地方发现,黑暗而且相对微小。

但幸运的是,Abbot和Switzer说,这样一颗行星在地球 – 太阳距离的大约一千倍之内,可以从它所反射的少量阳光和它自身温暖的红外辐射中辨别出来。我们可能希望用目前用于寻找其他恒星周围的系外行星的望远镜来观察它。

如果生命可以在一个星际荒原狼的行星上生存和存活,比如艾博特和瑞士,那就有一个深刻的含义:生命“必定在宇宙中真正无处不在”。

在这些星际世界中,这将是一种奇怪的生活。想象一下,在温暖的火山泉中沐浴在永恒的夜晚,就像在冰岛度过一个寒假。但如果这就是你所知道的,那就好像回家了。

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