外星生命长啥样?

刘声远

地球所在的宇宙可能是一个非常狂野、非常奇妙之地。最近一系列天文学发现表明，仅我们所在的银河系中就有几十亿颗类似地球的行星，而银河系仅仅是宇宙中几十亿个星系当中的一个而已。一些科学家估计，25%的恒星都有一颗大小和温度与地球类似的行星环绕。许多科学家相信，这些行星及其卫星中有一些存在生命。

探索系外行星

美国宇航局行星学家麦克凯说，有关宇宙中存在地外生命的猜想是基于两个基本事实。首先，组成生命的化学元素（例如氮、氢和氧）遍布宇宙，组成地球生命的两种关键化合物——液态水和有机碳在宇宙中也普遍存在。第二，科学家已知地球在其历史之初（即地球刚刚形成后）就存在生命，这说明一旦条件适合生命就如雨后春笋般涌现。如果到处都有生命起源，那么复杂生命绝不鲜见。也就是说，我们终将发现高级生命，而不仅仅是单细胞微生物。但究竟是否如此？调查迫不及待。

一些科学家和企业家已经在思考怎样快速到达遥远恒星。例如，俄罗斯技术型企业家尤里在他的“突破摄星计划”中提出，可以尝试把微芯片装到由地球表面强激光推动的飞船上穿行广袤太空。如果该设想行得通，那么前往距离地球最近的另一颗恒星——半人马座阿尔法星的路途时间就会从10万年缩短到区区20年。2019年5月，这种激光飞船设计经历首次测试，但结果尚未公布。

与此同时，美国宇航局计划推进两项任务——TESS和JWST来探测环绕其他恒星的行星（即太阳系外的行星，简称系外行星）的大气层，尝试由此确定可能存在的生命之地。其中，TESS任务定于2019年结束之前开始采集数据。另一项任务一詹姆斯·韦伯太空望远镜（简称JWST）预计在2021年发射。迄今为止，科学家对系外行星的实际状况了解不多，但这两项新任务也许会改变这一现状。

想象再大胆些

一些科学家已经对外星生命的可能模样进行大胆设想，他们的结论构成了分别在1998年和2005年放映的科学纪录片《外星人自然历史》和《外星》的根基。这两部影片激发人们去思索其他行星上的生命形式之间以及它们与地球生命形式之间的异同。事实上，一些科学家现在不仅相信生命在地球和太阳系之外会有不同呈现，而且在思考由不同化合物组成的外星和系外生命究竟有多么奇异。

在上述两部影片中，外星生命与科幻影片中惯于出现的绿色外星人完全不同，毕竟绿色外星人的模样其实根本没有完全脱离地球人的基本模样。这两部电影里，在外星地质学和行星科学的框架内，进化生物学家、生物机械学家和天体生物学家设想了可能的外星生命形态。许多科学家认为，虽然这些设想中的生命形式及其行为特点在20年前一定会被认为是天方夜谭，但今天可以说它们是合理（即便最终并不符合真相）的设想。不过，随着2005年以来层出不穷的天文学发现，科学家又在对外星生命形式的猜想中融入了一些新见解。

有科学家认为，在宇宙中其他任何行星上，物理和化学定律应该都与地球的一样，毕竟只有有限的方式能改变基本物理，因此，就算在外太空，在那些类似地球的行星上，类似的物理和化学限制条件会导致这些行星上演化出与地球生命类似的生命。这一结论有两个前提：一是能够有效地看、听、走、游和飞的方式是有限的;二是就像在地球上的情况那样，自然选择会清除大部分效率低下的生命形式。

这意味着，基于对进化的生物学理解，并且基于对其他行星上地质和气候状况的理解，科学家对外星生命形态（或者说模样）可以做出有依据的猜测。一些科学家认为，上述两部纪录片中对外星生命模样的猜想不仅可能不算不着边际，而且其猜想思路可能还算不上大胆。毕竟从整个宇宙来看，在各种各样、数量极大的潜在生命之星上不仅生命数量巨大，而且生命形态也应该精彩纷呈。事实上，随着新发现越来越多，宇宙带给我们的惊奇也越来越多，这不能不令人猜想，各种外星环境中不同的生命模样在地球人看来将会多么具有“外星”特点。

科学家指出，任何生命都应该遵循生态学基本规则，例如有获得能量的方式，还有竞争来促进捕食和猎物的功能。但在这些规则外，我们可以尽情想象外星生命的模样。换句话说，没有理由断定外星生命的样子与地球生命很相似。

就算在地球上，生命形式也多彩多姿，有时候还会在不同时期、不同地方出现独特生命形式。恐龙灭绝后，接踵而来的许多生命形态与恐龙大不相同。新西兰有奇异鸟，但几乎没有陆地哺乳动物。非洲塞伦盖提大草原则截然不同，這里有大象和长颈鹿。马达加斯加又不同，那里有很独特的狐猴。

说到地球上独特的生命形式，只需看看海马就够。海马和其他鱼共享基本身体部分，但体形与其他鱼大不相同，这意味着海马经历了一条看起来非常不可能的演化路径。在地球上，无论是在遥远过去还是在今天，的确发生过不少一次性的奇异事件。而在类似地球的外星上，情况可能更怪异。因为惯于下大力气找寻“我们所知的生命”，所以我们可能会把我们所不知道的外星生命形式不识别为生命。例如，外星动物可能外表像地球上的植物，我们到时候就可能把这样的动物辨识成植物。

这听起来很怪，其实却不怪。所有生命形式都需要获取能量，但它们“花费”能量的方式难以预测。担任同样生态角色的外星动物很可能与地球动物的外形完全不同，这可能导致我们如果不充分研究和大胆想象就无法识别这些外星动物。千里之行始于足下，科学家首先致力于找寻我们所知的地球上的生命指征，例如氧。他们也大力寻找与地球相似、可能存在液态水的岩石行星。一句话，他们首先还是得寻找所知的生命。虽然很可能存在与地球生命大相径庭的外星生命形式，但依据现有数据我们还无法识别外星生命，毕竟我们根本不了解外星生命的化学组成。

几天就是一季

除了化学组成之外，系外行星和系外卫星上还有许多不同的条件可能影响那里的生命演化。以引力为例，在个头、密度都更大的一颗行星上;引力更大，这就意味着生物会矮壮，可能有多条肢腿来提供结构性支撑;而在一颗质量较小、引力也较弱的行星上，生物可能更容易跳跃和滑翔，因而生物个头高挑。

大气的密度和化学组成也会影响生物飞上天的难度：如果空气密度大，大气就像“海洋”，动物可在大气中“游弋”，而富含氧的大气会催生力量更强的动物。此外，在不同行星上，季节性差异可能很大。许多行星的轨道周期（即一年时间）比地球的一年——365.25天短得多，这些行星的季节变换每几周甚至每几天就发生一次，而不像地球每几个月才发生一次。一些行星的椭圆形轨道更扁，这让它们的季节性更极端——极热又短暂的夏季之后是漫长而极冷的冬季。

行星所环绕的恒星类型和恒星数量，以及行星与自己所环绕的恒星之间的距离，也会影响行星从恒星那里得到的能量和辐射数量，还会决定行星上是否存在光合作用，或者行星生命是否不得不依赖化学合成——使用来自无机化合物反应的能量，而非使用恒星光能量。绝大多数恒星是红矮星，它们的能量不如太阳，但它们比太阳存在的时间长，因而它们能为生命演化提供更长久时间。但在这些恒星演化初期，它们发射的巨量辐射可能对生命和行星大气层有害，甚至会摧毁大气层和生命。电影《外星》中设想这类恒星周围行星上的动物长得就像地球植物，当出现恒星耀斑时这些动物就把自己折叠起来以避开耀斑伤害。该片中还设想了样子有点像恐龙、但头顶上有第三只眼睛的外星动物，这让它们能看见尚未到达的耀斑辐射，并提前准备好规避辐射伤害。

先在附近找找

在相对靠近地球的地方，科学家希望在自己生命期内能发现外星生命，比较有可能发现生命的地方是土星和木星的含冰卫星，例如恩克拉多斯（土卫二）和欧罗巴（木卫二）。有科学家甚至非常乐观地预测未来20年内就能找到外星生命，哪怕只是微生物。他们预测，这样的微生物在恩克拉多斯和欧罗巴上存在，而且在火星表面沙层下也可能存在。总之，太阳系中不乏可能存在生命的其他地方。美国宇航局准备在2023～2024年发射飞船探测欧罗巴，该局还正在资助一家私企尝试用飞船探测恩克拉多斯及其生命迹象。欧洲航天局（简称欧空局）计划在2022年发射飞船探测木星及其卫星盖尼美得（木卫三）、卡利斯托（木卫四）和欧罗巴。

已有一些证据表明，这些木卫的厚厚冰壳下面存在液态水，甚至存在海洋。这就自然而然让人联想到这些液态水中可能存在生命。就连地球海底地热喷口周围的极端环境中也存在异乎寻常的生命形式，那么怎么能否定外星海洋中存在生命的可能性？影片《外星人自然历史》中设想了欧罗巴深海地热喷口周围的整個生态系统：喷口喷出的热量和养分支撑起由细菌组成的一座座高塔，鱼通过吸食细菌塔的材料获取养分，拥有流线型体形的鲨鱼样动物捕食鱼。

理论上说，这种设想是可行的。但在黑暗的地下海洋中可得的能量较少，因此就算在这样的海洋中存在复杂生命体，它们的个头也应该比相应的地球海洋动物小得多。例如，地下海洋中“鲨鱼”的身长可能只有5厘米，但这些“鲨鱼”的行为应该与地球海洋中鲨鱼的行为相似。不过，并非所有科学家都相信在这样的地下海洋中存在复杂生命。一些科学家推测，就算太阳系中除了地球之外的其他地方存在生命，充其量也只是微生物。甚至把宇宙作为一个整体来看的话，宇宙中大部分生命也可能只是微生物，一个重要理由是——在地球生命历史中绝大部分生命都是微生物。因此有科学家说：典型的外星生命是什么样子？可能只是在显微镜下才看得见的斑点。

但这并不意味着宇宙中其他地方不可能存在复杂的智慧生命。然而，外星智慧生命的模样可能并不是我们能想象到的——就算在地球上，虽然动物基因彼此很相似，但动物形态千差万别。有科学家大胆想象：如果真的存在高度发达的外星智慧生命，它们就有可能是以机器为根基的。换句话说，宇宙中绝大多数高度发达的智慧生命就像顶级人工智能，或者是机器学与生物学的有机融合体，而不像软塌塌、黏糊糊的地球动物。影片《外星人自然历史》中就设想了这样的机器智慧生命，它们穿行宇宙，分析行星，它们适应行星条件的速度比任何纯生物学生命都快得多。

尽管外星生命迄今为止仅仅存在于人们想象中，也不管它们的模样究竟会怎样，许多科学家却相信它们很可能存在。从统计学意义上讲，这种可能性几乎达百分之百，因此，要想知道外星生命的模样，寻找就不能停止。

（本文选自：大自然探索 2020年01期）