在地球系统以外可能发现生命或生命存在的证据

整理撰稿人：中科院国家科学图书馆总馆空间科技团队

王海名（E-mail:wanghaiming@mail.las.ac.cn）、杨帆

审稿专家：中科院空间研究中心吴季研究员

1 地外生命存在的可能性

生命是自然界最迷人的奥秘之一。随着空间科学与技术的发展，生命科学的研究已扩展到对地球系统以外可能存在生命的探索，即通过对地外生命存在的可能性进行评估，大致确定地外生命可能的存在形式及区域，建立起相关理论与模型，并发展和运用相关的探测方法，进行有的放矢地寻找地外生命及其存在的各种线索和证据[1,2]。

认为地球之外存在生命有着很简单的事实支持——与地球性质相似的类地行星数量众多，甚至“超级地球”在宇宙中也普遍存在。因此，地外生命存在的可能性正逐渐被人们所接受[3]。目前对于地外生命的所有的认知都基于地球生命，多以液态水和有机物的存在作为地外生命存在的前提条件。但一些科学家批评这种先入为主的观点可能会阻碍对地外生命的探索。很多低等生命顽强地生存在极其恶劣的环境中。除了碳基生命外，地外生命甚至可能以硅基、氨基、氮基等生命形态存在[4]。

2 地外生命可能存在的区域

（1）太阳系内有可能存在生命的星球。

火星。目前对火星的研究已发现其存在大量地下水的证据和其他支持生命存在的迹象。“奥德赛”号、“凤凰”号、“好奇”号等任务发现，火星地下存在大量水冰。越来越多的证据表明，火星上曾经存在活动的水系。地面望远镜和“火星快车”任务均探测到火星大气内存在甲烷。甲烷是否由火星地下微生物产生的仍有待于进一步探索。“凤凰”号在着陆地点发现了微生物用以新陈代谢的重要化合物——高氯酸盐，科学家推断着陆点可能适宜生命生存。

木卫二。“伽利略”号的观测数据证实，在木卫二表面冰层下埋藏着大量相对温暖的含盐液态水，冰水之间的交换使天体表面和水之间能量和营养物质的传递成为可能。木卫二表面和海洋存在大量的过氧化氢，很可能成为简单生命的能量来源。新证据还表明，木卫二表面下存在着大型浅水湖，这也使得这颗卫星很可能适宜生命存在。

土卫二和土卫六。“卡西尼”号探测到土卫二的冰面下存在由液态水构成的海洋，土卫六上现存的液态碳氢化合物湖泊和海洋的表面有冰，将为固液界面上的化学反应提供可能。土卫六底层大气和地表的二氰乙炔可以发生光化学反应，最终有可能产生构成生命的模块分子。

（2）太阳系外可能存在生命的区域。在太阳系外行星探测方面，自从第一颗系外行星发现以来的近20年中，人们已发现了超过800颗系外行星和3000颗左右候选系外行星。系外行星的普遍存在性和多样性已是毋庸置疑的事实。

“宜居带”是指围绕在恒星周围，水可以以液态形式存在的范围。因此如果行星恰好落在这一范围内，那么它就被认为有更大的机会拥有生命或生命可以生存的环境[5]。目前，基于“开普勒”（Kepler）和“高精度径向速度行星搜索器”等设备的观测结果已确认了多颗位于宜居带内的行星，其中Kepler-62e被视为“迄今为止发现的最适合居住的行星”；恒星Gliese 667C拥有至少6颗卫星，其中有3颗超级地球位于宜居带内。

合成光谱技术、诱导相位振幅切趾等近期开发的一系列新技术可以直接探测地外行星大气中的“生命标记”分子，未来有望更为快捷地回答行星能否支撑生命的问题[6]。

3 国际地外生命探测计划如火如荼，未来或可取得重大发现

基于目前的探测能力，未来寻找地外生命或生命存在证据的努力将集中在3个方向：一是在太阳系内寻找可能存在的生命；二是开发地基和天基望远镜技术，以期在太阳系外找到地外生命可能存在的环境；三是发射带有地球信息的探测器，让地外智慧生命借此找到我们。

（1）太阳系内地外生命探索计划。截至目前，人们对太阳系内地外生命的探索主要集中在火星、木星系统和土星系统[7,8]。

早在1976年，“海盗”号任务就曾试图回答火星究竟有无生命的问题。随后的一系列火星探测任务先后对火星的大气、土壤以及岩石样本进行了研究，包括“火星探路者”、“火星全球探勘者”、“勇气”号、“机遇”号、“火星快车”、“凤凰”号和“火星科学实验室”及其搭载的“好奇”号火星车等。未来还将开展“火星生命探测计划”、“火星采样返回”、“火星大气和挥发物演化”等任务，对火星进行更为深入的生命探索。

1989年，“伽利略”号对木卫二进行了研究。2012年，欧空局（ESA）宣布“宇宙愿景”计划的第一个大型任务——“木星冰月探测器”任务将揭示木卫二、木卫三以及木卫四是否具有潜在的宜居环境。

“先驱者 11”号、“旅行者 1”号、“伽利略”号和“惠更斯”号均曾对土卫六进行过观测。土卫六的地质特征和大气与早期的地球十分相似，存在生命的可能性极大。

近年的研究表明彗星可能为早期地球带来了水甚至生命。“深度撞击”、“星尘”号等任务证实彗星含有生命起源的基础物质，可能满足生命起源的原始条件。

（2）太阳系外地外生命天文观测计划。

2006年发射的“对流、自转和凌星”（CoRoT）任务是首个可以观测到系外类地行星的探测器；美国国家航空航天局（NASA）于2009年发射Kepler探测器，致力于发现银河系内的类地行星。

未来还将实施ESA的“地外行星表征卫星”、“柏拉图”（PLATO）和“地外行星表征天文台”任务以及NASA的“空间干涉仪”和“天体生物学实验室”任务等。目前，中国正在海拔4087米的南极冰穹A建设性能极为优越的天文台，建成后将为搜寻地外生命服务。

（3）地外智慧生命探索计划。地外的智慧生命可能像地球人类一样，也在努力寻找外部生命。基于这一点，除了向宇宙特定区域发送包含地球信息的射电信号之外，NASA还先后发射了先驱者号和旅行者号飞船，以期被地外智慧生命发现。“搜寻地外智慧生命”计划致力于通过分析射电望远镜采集到的电磁波中的规律的信号来发现地外智慧生命[9]。

探索地外生命，有助于人类更深刻地认识自己在宇宙中的“地位”。正在开展和即将实施的若干国际探测计划，有可能在不久的将来在地球系统以外发现生命或生命存在的证据，这将是人类对客观世界和自身认识的重大突破，极大拓展人类对生命现象及其规律的认识，也必然会为揭示包括人类在内的所有地球生命的演化奥秘和未来走向带来重要启示。

1 中国科学院.科技发展新态势与面向2020年的战略选择.北京：科学出版社，2013，167-168.

2 Chyba C F,Hand K P.Astrobiology:The study of the living universe.Annual Review ofAstronomy and Astrophysics,2005,43,31-74.

3 Mix L J,Armstrong J C,MandellAM et al.The astrobiology primer:An outline of general knowledge-Version 1,2006.Astrobiology,2006,6(5):735-813.

4 Des Marais D J,Walter M R.Astrobiology:Exploring the origins,evolution,and distribution of life in the Universe.Annual Review of Ecology and Systematics,1999,30,397-420.

5 Kopparapu R K,Ramirez R,Kasting J F et al.Habitable Zones around Main-sequence Stars:New Estimates.The Astrophysical Journal,2013,765（2）：131.

6 Snellen IAG,Kok R J d,Poole R l et al.Finding Extraterrestrial Life Using Ground-based High-dispersion Spectroscopy.TheAstrophysical Journal,2013,764（2）：182.

7 刘承宪.21世纪空间生命科学和空间生物技术发展机遇与挑战.空间科学学报，2000，S1：37-47.

8 任维，魏金河.空间生命科学发展的回顾、动态和展望.空间科学学报，2000，S1：48-55.

9 向世民,黄定华,高举等.寻找地外生命的进展与前景.地质科技情报，2009，06：128-135.