宇宙中的几种“宜居带”，它不仅仅是由空间创造的还有时间

[email protected]

“可居住地带”是有可能找到外星人的地方。

对于寻找外星人的科学家来说，1976年这一年很不美妙。NASA的“海盗一号”

飞船登陆火星后，用它的机械臂挖取了一块拳头般大小的火星红土样本，然后在飞船内置的实验室里进行分析，希望能找到生命的痕迹。然而，结果令人沮丧：其中没有任何生物活动的迹象。与此同时，“海盗一号”发回地球的火星图像也显示，火星表面是一个苍凉、冷冻的沙漠世界。在当时，火星是人们觉得最有希望发现外星人(或称地外生命)的地方，但这个希望就像火星风暴中的尘埃一样被吹得烟消云散。

然而，短短几十年后的今天，情况大不相同了。几十年前，火星被认为是地球以外唯一有那么一点点可能性找到生命的地方，而今天，随着在地球的各种“不可能存在生命的地方”发现生命，科学家对宇宙生命的概念已经发生了天翻地覆的变化。现在，科学家开始考虑不是去某个地方、而是去被称之为“可居住地带”的地方寻找外星人。什么是“可居住地带”?简单地说，就是支持生命存在的其他行星及卫星，而这样的行星及卫星不仅存在于太阳系中，也遍布银河系，充满整个宇宙，甚至占据宇宙之外。

寻找外星人的进展十分惊人。10年前，对于土星的卫星之一(土卫二)

研究表明，在这颗卫星崎岖不平的表面下很可能存在着一个巨大的温暖水库，而之前没有任何科学家认为这颗直径大约为480千米的冰质卫星有什么不同寻常之处，直到NASA的“卡西尼号”飞船目睹了土卫二表面奇异的水蒸气喷泉(也叫冰火山)。如今，土卫二和木星的卫星欧罗巴(木卫二)

一道进入了太阳系中有可能存在液态水的天体名单，而这个名单一直都在加长。从理论上说，有水就可能有生命。

科学家们也在密切关注环绕其他恒星的类地(类似地球的)行星。自20世纪90年代中期以来，科学家已认证了差不多340颗太阳系以外的行星，其中大多数是超大质量的气态巨无霸，不过最近的搜索正在发现太阳系以外越来越小的行星世界。曾经欧洲空间局的“科洛特号”卫星发现了一颗太阳系以外的行星，其直径不到地球的两倍。NASA的“开普勒号”探测器也寄予科学家厚望，至少在它退休前能发现更多的宜居带星球，

与此同时，最近的一系列发现显示，微生物比我们想象的要坚韧得多。也就是说，就算是在那些跟地球不太相似的行星或卫星上面也有可能存在生命。

上述发现表明，火星只是我们寻找外星人的第一步，绝非最后一步。宇宙中的可居住地带看起来十分广大，也应该充满生命。

太阳系可居住地带

基于对地球极端生物的新认识，科学家对太阳系可居住地带的理解已大大拓宽了。

在寻找跟我们已知的生命(地球生命)类似的外星人方面有一个教条，就是生命需要水在这个“法则”的引导下，长期以来，科学家只考虑那些跟地球相似的星球——气候温和、表面有液态水的岩石行星。科学家指出：如果按照怡人的气候来定义可居住地带，那就只有环绕太阳的一个相当狭窄的区域。只要你把地球再朝着太阳移近百分之几，或者把地球放到离太阳再远最多30％的地方，地球上的气候就会变得非常糟糕(前一种情况下变得很热，后一种情况下变得很冷)。就此而言，太阳系中除地球外不可能再找到生命。而在其他星系，就算拥有类似太阳系这样的恒星－行星系统，能像地球这样恰好处在“正确位置”(因而能够支撑生命存在)的行星恐怕少之又少。这样一来，发现外星人的希望自然就十分渺茫了。

假如真是这样，可居住地带这个原本让人充满期待的故事就会让人失望地戛然而止了然而，事实并非如此。生物学家近来对地球生命本身有了一系列大大出乎预料的惊人发现：他们在地球上发现了新的生命形式，这是一些无需依赖地表食物、地表氧气和地表阳光的细菌菌株，被科学家称作“极端生物”。

极端生物所处的环境条件非常恶劣，直到50年前，生物学家还根本无法想象在这样的环境中竟然能存在生命。例如，在洋面下1600多米的大洋底，在黑暗、超热的地热喷泉口周同，居然聚集、活跃着巨型管虫、蟹和虾。这些喷口被称为黑烟囱，因为喷出的烟柱中有大量暗色的硫化氢。而这些虫、蟹、虾正是依赖黑烟囱喷出的化合物生存，这个牛态系统完全无需光合作用。

然而，这些海底极端生物还不是最令生物学家们激动的，因为它们仍然依赖氧，只不过这些氧是由阳光间接制造的。对生物学家来说，在地底下繁荣兴旺的细菌要惊人得多，其中有一种生活在位于地面下8000米的南非金矿的细菌。它们获取能量的方式实在令人难以想象——它们竟然由岩石中不稳定原子的放射性衰变提供能量，阳光和地表水在其中不起任何作用。

既然地球上的极端生物能够不依赖太阳能生存，这就意味着外星人或许也一样能在外星表面很深的地下繁衍生息，一样无需表面水和阳光。换句话说，可居住的行星(或更广义地说——天体)也许无须像地球一样。正是基于这样的新认识，科学家对可居住地带范围的理解大大拓宽了。

一个令人愉快的巧合是，在发现地球极端生物的同时，新研究又显示太阳系中或许有许多以前并未预料到的温暖湿润之地。20世纪90年代，NASA的“伽利略号”

空间探测器搜集到的令人信服的证据表明，木卫二(欧罗巴)在其冰封的表面下可能存在一个全球范围的、由液态水构成的汪洋大海。而最近才在土卫二(恩克拉多斯)上发现的冰火山则是第二个转折点。

欧罗巴的地下海洋和恩克拉多斯的冰火山促使行星科学家们开始思考：太阳系里是否散布着更多这样的热点地区——那里缺乏阳光，而且远离自身所在天体的表面，但却拥有无需依赖这两个条件的生命存在?

银河系可居住地带

当天体生物学家把目光投向银河系时，他们对可居住地带的理解变得更加宽泛。

当天体生物学家把目光投向地球所在的银河系时，他们刘可居住地带的理解变得更加宽泛银河系中可能包含着多达2000亿颗恒星，根据已知拥有行星的恒星数量来估算，银河系中包含的行星数量远不止几十亿颗。银河系中迄今最常见的恒星是红矮星

(表面温度低、颜色偏红的恒星，它们在恒星中的数量较多)，科学家曾经以为在其周围不大可能存在类地行星，但新研究打破了这一成见。而对地球极端生物的研究则告诉我们，哪怕在非类地行星上也一样可能存在生命。因此，就算在浩大银河系中真的罕见像地球这样的行星，也不能排除银河系中存在大量“生命之星”的可能性。

所有这些都是好消息。不过，事情并非这么简单，因为并非所有星系的每个地方都适合居住。科学家指出，对外星人来说，水的存在不是最重要的，最重要的是与暴烈而又大质量恒星的距离。

在银河系中心附近，辐射最强烈，而到银河系边缘，辐射降到几乎为零。即便如此，银河系中仍可能包含着数十亿颗可居住的行星。银河系中那些最亮、最热、最重的恒星，对行星和生命来说都意义重大。这些恒星是宇宙中关键性重元素(如硅、钾、铁)的唯一来源。要知道，地壳组成中超过1/4是硅，钾对于细胞活动作用很大，铁则在我们的血液中运送氧，而这些重元素都是在恒星的烈焰核炉中锻造出来的——当大质量恒星以超新星爆发的形式寿终正寝时，它们将重元素抛进太空，这些重元素被下一代恒星吸纳，并有助于行星的形成。

在思考星系可居住地带的标准时，科学家把重元素是否丰富作为主要条件，而重元素的数量随着远离星系中心而急遽下降。据计算，当太阳在大约40亿年前形成时，从银河系中心到边缘的外1/3区域都缺乏足够的重元素来支撑生命；之后，重元素分布逐渐变得均衡；到今天，只有银河系的边缘部分“严重营养不良”，因而不容易形成像地球这样的行星。地球处在从银河系中心到边缘大约2/3的位置上，也即位于银河系中可居住地带的中心。

如果再往银河系中心走，对生命同样不利。超新星爆发在制造重元素并将它们抛进太空的同时，还会释放大量的高能辐射——伽玛射线、x射线和紫外线，哪怕对于距离母恒星远达几十亿光年的行星来说，这样的辐射电具有致命效应。拥挤的星系中心区域是大量大质量恒星的家园，超新星爆发在那里自然很常见，因此复杂生命的形成就算不是不可能，也是相当不容易的。那么，超新星爆发的负面影响究竟有多严重?据计算，辐射毒害会把从银河系中心到边缘的内20％区域完全排除在可居住地带之外，而在这一小片区域内集中了银河系中全部恒星的一半之多。

可居住地带距离银河系中心既不能太近也不能太远，如此看来，可居住地带相对来说面积不大。好在银河系足够大，因此可居住地带的面积还是很大的。

在可居住地带之外，是否就完全没有可居住的地方了呢?这还不能断然下结论，关键要看生命对高剂量辐射的抵御能力。关于这一点，地球上的化石记录或许能提供一些信息。有研究显示，每隔6200万年，地球上的生物多样性就会受到影响。也就是说，地球生物多样性的下降(有时候表现为物种大灭绝)具有周期性。

有科学家将地球生物多样性的改变与太阳及太阳系行星在银河系中的运行情况联系起来，指出：随着太阳环绕银河系运行，它同时也在银盘(银河系总体呈圆盘状，故称银盘)上下跳动，一会儿升到银盘上方，一会儿又沉到银盘下方。随着银河系在星系际物质中穿行，在银河系前方生成一种强力震波，能产生高能亚原子粒子，被称为“宇宙射线”。

宇宙射线会撕裂生物分子，对DNA造成无法修复的损坏。正常情况下，银河系的磁场能保护我们免受宇宙辐射侵害，但每隔6200万年，太阳就会跳到银盘上方，在银盘北侧露出头来，从而进入危险地带，此时地球就会遭到很大剂量的宇宙射线轰击，这可能就是造成物种大灭绝的根本原因(银河系的北侧指向室女座星系团，这个巨大星系团中包含了大量的星系。我们的银河系，当然也包括我们的地球和我们自己，正以大约每秒190千米的速度坠向室女座星系团)。

无论什么恒星，在其所在的星系中运行时，都会出现类似的跳动，而靠近星系中心的恒星的跳动更加频繁，这就意味着靠近星系中心的区域确有可能不支持复杂生命形式的存在。但是，从另一方面来看，宇宙辐射是一把双刃剑，“合适”数量的辐射本身其实也是生命必不可少的一部分，因为辐射有助于促进变异，而物种大灭绝则为进化性改变开辟了道路。那么，究竟多少辐射才是“合适”的呢?辐射量大就一定意味着不可能有复杂的生命形式(不一定是我们熟悉的生命形式)存在吗?这类问题目前仍无答案。

暂时可居住地带

科学家有关物种大灭绝的假设暗示，可居住地带不仅由空间决定，也由时间决定。

科学家有关物种大灭绝的假设暗示，可居住地带不仅需要由空间来度量，而且需要由时间来决定。说到这一点，超新星爆发的确起着重要作用。

当宇宙在大爆炸中产生时，它几乎全由氢和氦组成。我们知道，光靠氢、氦这两利一元素是不可能形成行星、更不可能形成人的，而碳、氧、铁之类的“生命元素”则必须等到恒星(特别是大质量恒星)形成并通过核聚变的形式来产生。这些经过“加工”产生的元素在恒星风或超新星爆发中逃逸，然后被新一代恒星吸纳。因此，整个宇宙在其137亿年历史的最初几十亿年里，或许一直是不可居住地带。

当宇宙充满重原子之后，局势发生了扭转，但恒星注定最终要死亡的本质又为可居住地带施加了限制。我们的太阳是一颗中等质量的恒星，现在大约是50亿岁，预期寿命是100亿岁。在下一个50亿年里，太阳将肿胀成为一颗红巨星，将吞噬地球或将地表烤焦。甚至更快，也许短短10亿年之后，逐渐增加亮度的太阳就会让地球变得根本不适合生命居住。而比太阳更明亮、质量更大的恒星，其消耗自身核能的速度更快，或许还等不到复杂生命演化出来就燃尽了自己。

幸运的是，最新研究认为红矮星也有可能支持类地行星的存在，那么暂时性可居住地带的范围就大大拓展了。在红矮星中，最黯淡、燃烧自身核能最慢者或许能存在10兆年，也就是比太阳长命1000倍。现有研究结果暗示，在这些红矮星也死亡后，宇宙可能会继续扩张。假如真是这样，我们所知的充满恒星、或许还充满生命的宇宙，将只是宇宙的一瞬而已，其余时候的宇宙都是无尽的寒冷、黑暗和虚无。

如此预测真让人失望，但不要担心：最新物理学理论指向了另一种可居住地带，将允许生命在最后一颗恒星死亡后能继续存在下去很长时间。

多重可居住地带

最大的可居住地带或许不是我们所在的宇宙，而是包含有多个宇宙的“大宇宙”。

最近以来，在一些科学家眼中，最大的可居住地带已不再是我们所在的宇宙，而是假想中的包含有多个宇宙的“大宇宙”，宇宙学家称之为“多重宁宙”。在我们所在的宇宙消亡、变黑之后，或许另一个(甚至其他许多个)宇宙将继续高举生命的大旗。

多重宇宙理论认为，我们的宇宙——我们所观察到的一切，包括塑造这一切的物理学法则——只不过是无数个宇宙中的一个而已

。这种理论看起来简直就是科幻，但绝非空穴来风，而是宇宙学家基于一种被称为“膨胀”的理论而构建的模型。膨胀宇宙学目前是研究早期宇宙的主导模型，它指出：整个可观察的宇宙开始时只是一个小点，而这个小点则是一个大得多(或许无限大)的实体中的一个点，这个大实体是在大爆炸中产生的。在宇宙形成后10～30秒钟之内，这个小点以超超高速(注意：不是超高速)扩张(这就是“膨胀”在宇宙学中的含义)，最终变成我们今天所看到的一切。尽管上述模式听起来非常怪异，实际上却有一些观测证据来间接支持。这些证据解释起来太复杂，这里就不说了。

宇宙学家进一步指出，膨胀也可能发生在其他地方和其他时候，大爆炸会产生无数个小点，因此也就会膨胀出无数个口袋状的宇宙。物理学家将这种多重实体(多重宇宙)的存在称为“永恒膨胀”。假如这种理论为真，那么就不仅存在无数个宇宙，而且其中每个宇宙都有自己独特的物理学法则。在这些宇宙中会不会形成生命呢?如果会，又会是什么样的生命呢?还有待进一步研究。

还有科学家提出了另一种同样充满科幻色彩、颇富争议性的理论。20世纪90年代早期，有人提出了一种迥异于膨胀宇宙学中的口袋宇宙模型的多重宇宙模型，该模型聚焦于黑洞扭曲时间和空间的方式。这种理论是建立在这样一个概念之上的：当大质量恒星坍缩成黑洞时，会产生一个新的宇宙。假如这种模型最终被证明为真，那么我们就不是生活在一个宇宙中，而是生活在一整套多重宇宙中，其中可能有多得数不清的宇宙都支持生命的存在，可居住地带的数量自然也就无穷无尽了。事实上，现在已有间接证据表明在我们的宇宙中的确存在大量黑洞。

不过，无论如何，要想找到外星人尚待时日。

本文选自：今日头条

yujuan

那当然地球又不是老大