外星生命居住地 “类地行星”遍及宇宙

layersun · 发表于 2015-10-1 03:05:43

　　类地行星包括水星、地球、火星、金星。类地行星是与地球相类似的行星。它们距离太阳近，体积和质量都较小，平均密度较大，表面温度较高，大小与地球差不多，也都是由岩石构成的。
　　所谓类地行星是指类似于地球的行星，天文学家认为这些行星上可能孕育生命，因而有研究意义。
　　《山海经》称：“禹使大章步自东极至与西垂，二亿三万三千三百里七十一步；又使竖亥步南极北尽于北垂，二亿三万三千五百里七十五步。”中国人在4000多年前，就已经开始了大规模、有组织的地理测绘和国土资源普查工作，堪称中国的地理大发现。

　　从汉代起，中国人的眼光开始瞄准海洋。到了唐、宋以后随着中国造船技术的高度发展，中国和印度、波斯、阿拉伯的商船经常往来于南太平洋和印度洋之间，15世纪初，郑和在不到30年间7次下西洋。对于郑和下西洋，李约瑟博士这样评价：时间最早，规模最大，造船技术航海技术最先进，海上力量最强，超越了当时世界海军总军力。但是，最后的地理大发现，却是由欧洲人完成的。

　　有关太阳系外是否存在类地行星，乃至类地行星上的植物可能是红色的。于是这些行星上是否存在生命的讨论一直在继续。随着宇宙探测技术的不断进步，天文学家们发现了越来越多的类地行星，关于这一方面的研究也不断受到科学家们的重视。日前，来自美国航空航天局的天文学家在一项研究中通过对光谱的分析发现了新的证据确认了类地行星的确存在，而且这些行星上很有可能存在生命。在未来的十年里，当天文学家们可以对太阳系以外的类地行星展开研究时，他们也许会发现在那些行星上生长的植物并不是绿色的，而有可能是黄色、橙色或者红色的。植物的颜色取决于这颗行星所在的星系中恒星的颜色以及在行星周围围绕的大气的组成情况。

　　这一结论是由美国航空航天局赞助的加里福尼亚州科学院虚拟行星实验室的科学家们得出的。科学家们利用计算机模型模拟出了未来寻找并研究类地行星的模型图。科学家们把这一最新的研究成果发表在了《天体生物学》杂志上，文章还论述了类地行星上的植物如何进行光合作用的。
　　这项研究工作的负责人，来自美国航空航天局戈达德航天研究中心的生物学家南西·克里昂表示，确定在太阳系外类地行星上的植物可能出现的颜色范围是非常重要的，因为当科学家们得到来自这些行星的光谱信息后，需要知道从中去寻找什么。

　　克里昂称，“植物通过光合作用可能呈现出的图像有黄色、橙色或者红色。我认为不可能出现蓝色，当然，绿色是最有可能出现的，地球上的植物就是这样。”
　　来自美国加利福尼亚理工学院的天体生物学家，虚拟行星实验室负责人维克利·迈德尔斯称，“我们在研究过程中采取了跨学科的技术，整个研究活动包括了行星科学、生物学和气象学在内的许多个学科，这些跨学科的技术使得我们的研究活动意义更加重大。同时，这项研究活动也为我们探测太阳系外的类地行星光谱提供了许多可靠的依据。因为在行星成长的过程中的某些特殊时期，它会通过向外界发出的光线透露出许多的信息，如在这个行星上是否存在水或者是否存在生命等，而这些信息正是我们探索类地行星时所必需的。”

　　迈德尔斯是第一个把生物学与行星学结合起来研究的科学家，她表示单一的通过行星学、生物学或者气象学是无法构造出这样一个模型的，必须要进行跨学科的合作才能在这个方面取得突破。
　　在这个项目中，科学家们把研究的重点放在了植物利用光线的能量产生糖分的原理上，也就是我们通常所说的地球上植物进行的光合作用，因为光合作用形成的色素必然是与这些光线的光谱相吻合的。照射到一个行星上的光线不仅与光线的来源有关，而且与行星周围的大气层也有密切的联系。例如，地球上空的臭氧层就可以吸引太阳光线中的紫外线。

　　克里昂解释称，“这一点证实了光谱中光子的数量对于我们寻找类地行星是非常重要的。照射到地球上的太阳光线中的粒子大部分是红色的，这也就是为什么地球上的植物都是绿色的原因。在地球上，植物吸引蓝色光线和红色光线，吸引这两种光线中所蕴含的能量可以满足植物的生长需要，故不需要再吸引其它的光线了。因此，植物的颜色反应为绿色。”
　　太阳系外的类地行星也有可能围绕着与个与太阳类似的行星旋转，其周围也有可能拥有与地球类似的大气层，那么这颗行星上就有可能出现植物，这些植物也可以吸收红色光线、蓝色光线和绿色光线的能量，但这些植物的颜色却不一定会反应为绿色。因为在它吸收的光线当中，红色光线不一定是最多的，如果其它的光线占到大多数，那么植物就会呈现出其它的颜色，如黄色或者红色。

　　还有其它一些因素，如臭氧层、空气中的二氧化碳和水蒸气以及恒星射线与行星大气发生的化学反应等。迈德尔斯表示，“我们在构建这个类地行星模型时已经考虑到了这些因素，而且我们还发现在类地行星上空也有一层类似于臭氧层的物质可以有效抵御强烈的紫外线，保护行星上的生命。类地行星在地下几英尺到几十英尺的地区应该存在着水，它们所在的行星星系中的恒星的温度应当比太阳低一些，但仍然可以满足光合作用的需要。总而言之，我们构建的这个模型是寻找类地行星甚至其上生命的一个有力的武器。”

　　天文学家们曾经认为太阳系外的类地行星数量很少，但是随着宇宙探测技术的不断发展和新型太空望远镜的研制，他们们发现了越来越多的与木星体积相仿的行星。所以有理由相信在宇宙中存在着许多的类地行星。
　　到2010年，太阳系外已发现424颗行星，其中包括越来越多和地球相似的小质量岩石行星，而在星际气体中，已证明有100种左右的大分子有机物，分布在不一样的天体环境中，包括恒星形成区、原行星盘和行星大气中，这些都有可能成为构成外星生命的物质基础。

　　疑问一
　　外星生命在哪里—— 类地行星可能遍及宇宙

　　地球之所以生机盎然，主要原因是它表面覆盖着三分之二的海洋，大量水的存在，地球才成为孕育生命的摇篮。液态水可以溶解和运输大量生命所需的电解质，而且它有足够高的热容能够有效调节温度，使得气候长期处于适宜生命存在的条件。而在地球形成初期，当大气层还不足以抵挡太阳紫外线照射的时候，海洋吸引了大量的辐射，使得生化反应和其后的生命进化历程，在较深的海域里得以进行。正因如此，科学家在寻找外星生命时，总是首先关注可能产生液态水的星球。

　　北京大学物理学院天文系教授任致远认为，茫茫宇宙，那些更像地球甚至比地球更为“舒适”的星球也许早就遍及宇宙的许多角落。
　　月球有水但不一定有生命。从目前人类空间探测取得的成果来看，月球南极地区的永久阴影区被发现存在水分子，但那里的水分子是与土壤冻结在一起的，处于零下240℃的低温环境，不会对生命活动带来太多期望。
　　火星曾经富含水源、充满生机。根据火星表面的地形特征分析，火星曾经存在大量的水，当年水流最活跃时，其流量可能是地球上较大河流的上万倍。美国宇航局称，他们在1.3万年前落到地球上的一块火星陨石中发现了石化的简单的细菌。

　　“木卫二”最有可能存在生命。和电影《阿凡达》中的潘多拉星一样，“木卫二”是一颗巨大气体行星的第二颗卫星。因其表面完全被水冰覆盖，冰层和硅酸盐地幔之间可能存在深度超过100千米的巨大液态水层，而木星潮汐力的回热会使海水保持一定的温度，保障生命能长期生存。
　　“土卫六”环境比较接近于地球。其浓密的大气主要由氮气和碳氢化合物组成，应该能很好地保护地表免受辐射和陨石的冲击。2009年7月，“卡西尼”土星探测器拍摄到了土卫六表面液体反射的阳光，该发现意味着其北半球可能遍布湖泊，这些能否为生命提供栖息地还有待研究。

　　疑问二
　　外星生命如何产生—— 可能是怪异的微生物形态

　　一些生物学家认为，生命的演化过程中，如果任何一个节点上稍有不一样，都有可能会造成灾难，也许我们人类就不会存在。这种“生命起源于偶然事件”的理论曾经风靡一时。但近年来，科学界提出关于生命起源的新认识：生命是宇宙必需的，在任何类地行星上，生命几乎注定会产生，但生命的形态也许与人类完全不一样。
　　中国科学院微生物研究所环境微生物与生物技术研究中心主任刘双江认为，生命可能存在于其他星球，以怪异的微生物形态出现。科学家一直认为，没有液态水，生命将无法产生，但外星生命有可能借助其他液体作为生化反应所需的溶剂，如土卫六表面就大量存在着液态碳氢化合物等物质；
　　地球的生物几乎都利用常见的20种氨基酸构建蛋白质，但化学家们能合成许多非天然氨基酸，因此外星生命或许能利用不寻常的氨基酸组建生命的基本构成；

　　地球上的生命起源于碳化物，但一些天体生物学家推测，外星生命可能以硅而不是以碳为生命基础，因为硅与碳一样，化合价都是4价（即原子的最外层轨道含有4个电子），硅原子也能排列成环状和长链状，从而形成生物分子的骨架。从目前的探测结果来看，火星上有些区域富含硅石，硅石一般在高温的水或蒸汽冲击岩石后沉积形成，地球上类似的地方，比如温泉或火山口附近一般都寄居着大量依靠热量生存的微生物。火星上的温泉如果能维持足够长的时间，同样会进化出大量微生物。
　　疑问三
　　外星生命吃什么—— 石头为食,体内循环液态甲烷

　　地球上的生命体主要通过两种方式生长和繁殖。一类利用太阳能，例如植物通过光合作用，把太阳能转换为生命活动需要的能量，同时固定二氧化碳，合成有机物，为其他生命提供赖以生存的物质基础；另一类分解有机物，例如动物和多数微生物，通过把诸如淀粉、蛋白质等有机物分解，获得生命活动需要的能量。地球生命系统的维持，依赖于以上两种生活方式的平衡发展。[]