深度解析“金星上發(fā)現(xiàn)生命 標志物”背后的故事

方玄昌

對于“發(fā)現(xiàn)金星上可能存在生命”這一突破性新聞，筆者的第一反應(yīng)是壓根不信——到現(xiàn)在依然不信。這不僅是因為金星表面煉獄般的環(huán)境，更在于筆者深刻理解從無到有創(chuàng)造生命的艱難程度，那遠非“奇跡”兩字所能形容。

在金星大氣層中存在磷化氫

據(jù)報道，做出這次發(fā)現(xiàn)的研究者一開始很不愿意發(fā)表其結(jié)論明確的論文，原因也是覺得這一結(jié)果難以置信。多數(shù)讀者恐怕不會意識到，如果這一“初步結(jié)論”真能得到證實，那將是科學史上有著里程碑意義的大事件。

本文將為你回顧人類探索地外生命的歷程，并為你解讀：生命的孕育，比公眾所能想象的更加不可思議;如果真能在有生之年見證地外生命的發(fā)現(xiàn)過程，我們將是多么幸運。

不幸的是，本文或許會澆滅部分讀者、尤其是科幻迷的熱情。

火星探測：從異想天開到腳踏實地

科學家尋找地外生命的努力由來已久。用國內(nèi)著名天體物理學家、國家天文臺已退休教授李競老先生的話來說，尋找地外生命不僅有非凡的科學意義，甚至還有哲學意義：它可以幫助確證我們是否真的唯一。

無疑，我們會先從較近的行星和衛(wèi)星著手。太陽系中，四大氣態(tài)行星先排除在外，它們顯著不具備孕育生命的基本條件。水星離太陽太近，面向太陽的一側(cè)過于炎熱，任何生命物質(zhì)都會被烤焦;金星的情況更加嚴酷，由于溫室效應(yīng)的作用，其表面溫度比水星還要高得多，達 460 攝氏度以上，很難相信它上面會有生命存在。

第一個以溫室效應(yīng)解釋金星表面異常高溫的是著名行星科學家、科普作家卡爾·薩根，令人略感意外的是，也正是他，卻認為金星上空的大氣中可以允許微生物存在，原因是高空大氣中有相對涼爽的區(qū)域，而金星曾經(jīng)有過大約 20 億年的液態(tài)水時期，可以孕育出生命。而這次發(fā)現(xiàn)“生命標志物”磷化氫，正是在卡爾·薩根所“預(yù)言”的范圍內(nèi)，但這并不意味著其結(jié)果更可信。

最早人們寄予厚望的是火星。火星與太陽之間的距離比地球遠不了太多，其表面溫度可以允許液態(tài)水存在;早先天文學家及天文愛好者通過望遠鏡對火星做粗略的觀察，發(fā)現(xiàn)火星表面有一些暗區(qū)，以及從暗區(qū)延伸出的細線，并且暗區(qū)會在冬季時縮小、夏季時擴張。人們由此猜測，暗區(qū)是水體或植被，細線則為河道。彼時，過于樂觀的公眾不僅認為火星上有生命，甚至猜測還可能有高等生命、智慧生命乃至于發(fā)展出了文明。然而 1965 年，人類發(fā)射并第一次成功抵達火星軌道的探測器“水手 4 號”（1964 年 11 月 28 日發(fā)射升空），卻打破了人們的幻想。它傳回的照片顯示，火星表面荒蕪一片，這是一顆蒼涼而死寂的星球。

但在火星上尋找生命痕跡的努力并未因此結(jié)束，科學家推測，大約 40 億年前，火星與地球氣候相似，表面也有液態(tài)水覆蓋，但由于火星引力較小，大氣中的水分在太陽風的“吹拂”下逃逸進入太空，經(jīng)過數(shù)十億年的演變而成為今天這副光景。“長久存在液態(tài)水”是孕育生命的重要條件，科學家于是把尋找火星上是否曾經(jīng)擁有液態(tài)水環(huán)境的證據(jù)當成了重要研究目標。1971 年 5 月發(fā)射升空的水手 9 號率先拍攝到了火星表面的峽谷、火山和疑似流水遺跡的照片。此后，“火星探路者”、“機遇號”和“火星探測軌道飛行器”等諸多探測器都分別發(fā)現(xiàn)火星表面曾有水以及火星可能有地下水的線索。2012 年 8 月登陸火星的“好奇號”更是直接找到了火星表面的水合礦物，有力證明火星上曾經(jīng)有大量液態(tài)水存在。

木衛(wèi)二

液態(tài)水的存在僅僅是孕育出生命的必要條件之一，離“找到生命”還差得太遠。目前科學家期盼的，是能在火星上尋找到曾經(jīng)有過生命的化石證據(jù)，但迄今蹤跡渺然。

希望·新希望

火星之后，人們認為最有可能存在生命的，是土星的最大衛(wèi)星土衛(wèi)六。

科學家很早就已經(jīng)清楚，土衛(wèi)六表面覆蓋著厚厚的、橘紅色的大氣層，其大氣中含有甲烷，而甲烷是生命代謝的產(chǎn)物（但它并非唯有生命活動可以產(chǎn)生）。卡爾·薩根在他的不朽科普著作《黯淡藍點》中，專門用了一章的篇幅來介紹這顆橘紅色的星球，并論證其表面某些區(qū)域存在液態(tài)水及孕育生命的可能性。

1997 年 10 月 15 日，彼時卡爾·薩根去世還不到一年——人類歷史上最復(fù)雜、重量最大、飛行線路最曲折的外太空探測器“卡西尼號”發(fā)射升空，其任務(wù)是探測土星及其衛(wèi)星，“卡西尼號”攜帶的子探測器“惠更斯號”則是專門為探測土衛(wèi)六而設(shè)計。經(jīng)過近 7 年的飛行，“卡西尼號”于 2004 年 7 月抵達土星。這一年的 12 月 24 日，子探測器“惠更斯號”與母探測器分離，又花了 20 天時間才抵達土衛(wèi)六。2005 年 1 月 14 日，“惠更斯號”在人類億萬眼光的共同注視下軟著陸于土衛(wèi)六。“惠更斯號”最終發(fā)回數(shù)百張照片和一系列分析數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示，土衛(wèi)六上確實有甲烷，但甲烷未免太多了，它們不僅作為主要成分存在于大氣中，還以液態(tài)形式在這顆衛(wèi)星表面形成了江河湖海——這么多的甲烷不可能來源于生物活動。并且這個由甲烷統(tǒng)治的低溫惡劣環(huán)境，不太可能孕育出生命。

但失之東隅收之桑榆。就在“惠更斯號”給翹首企盼土衛(wèi)六的人們潑去冷水之后不久，這項任務(wù)的母探測器“卡西尼號”卻在土星的另一顆衛(wèi)星、原先并不被看好的土衛(wèi)二上有了一系列驚人發(fā)現(xiàn)。2005 年，“卡西尼”探測器近距離觀察土衛(wèi)二南極噴射出的冰屑間歇泉——這是組成土星“大光環(huán)”的冰屑來源之一，科學家通過分析，推測土衛(wèi)二有一個地下液態(tài)海洋。進一步的研究顯示，土衛(wèi)二地下海的海底可能由硅酸鹽巖石構(gòu)成，這種巖基環(huán)境適合復(fù)雜的化學反應(yīng)，為構(gòu)建生命的復(fù)雜有機物的出現(xiàn)創(chuàng)造了條件。

之后數(shù)年，“卡西尼”又有新發(fā)現(xiàn)：它探測到了土衛(wèi)二地下存在熱液活動的證據(jù)。這是迄今在地球之外發(fā)現(xiàn)的唯一熱液活動，它為孕育生命創(chuàng)造了條件——地球海底的熱液噴口附近生活著一些奇特的生物，有許多科學家認為這些區(qū)域是原始生命誕生的最佳環(huán)境之一。到了 2018 年，美國宇航局宣布，他們在土衛(wèi)二南極噴射物中探測到了復(fù)雜的有機分子，它們甚至包含 15 個碳原子。盡管它們依然不是唯有生命活動才能產(chǎn)生，但無疑，土衛(wèi)二地下海洋中存在生命的可能性又大大提高了。所有這些，都僅僅是給出了地外生命存在的一點點“可能性”;更確切地說，是給出了孕育生命的基本條件：水、有機物以及能量來源。

與土衛(wèi)二擁有類似條件的，是體積大得多的木衛(wèi)二。事實上，在土衛(wèi)六希望破滅之后、土衛(wèi)二被“卡西尼號”升級為新寵之前，木衛(wèi)二有很長時間都被科學家看成是太陽系內(nèi)最有希望發(fā)現(xiàn)地外生命的星球。木衛(wèi)二被厚達數(shù)十公里至上百公里的冰層覆蓋，由于潮汐力的作用，其冰層下方也擁有液態(tài)水，在冰裂縫中會形成高達 200 公里的噴泉。可以說，木衛(wèi)二就是一個加強版的土衛(wèi)二。在這次“來自金星的消息”出現(xiàn)之前，筆者一直認為，土衛(wèi)六希望破滅之后，下一個給出答案的應(yīng)該是木衛(wèi)二。與土衛(wèi)二相比，木衛(wèi)二盡管冰層要厚得多，“敲開”它不那么容易，但它距離地球軌道畢竟比土衛(wèi)二近了一半，科學家考察它還是更方便一些。

生命起源的艱難

但對所有這些努力，冷眼旁觀的筆者從未抱有某一天真的“發(fā)現(xiàn)地外生命”的希望。同時筆者相信，從事這些研究的大部分科學家也會跟筆者一樣，不會認為那么容易就能找到地外生命存在的證據(jù)，他們做這些工作，更現(xiàn)實的目的是逐步推進人類對于這些星球的認識。之所以這樣說，是因為生命的誕生實在太艱難了。

在中小學階段，生物學教科書不帶感情色彩地告訴我們：地球生命起源于 35 億年前。如此輕描淡寫，顯得生命從無到有很容易實現(xiàn)，似乎一顆星球只要具備一定的原始條件就必然會出現(xiàn)生命。唯有真正了解一個最基本的生命體（單個細胞）的復(fù)雜程度，我們才能大致明白“生命起源”這四個字所蘊含的意義。以今天人類在化學、生物化學、生物學這三大學科所達到的理論高度，結(jié)合全球最先進的實驗設(shè)備和技術(shù)，科學家依然不能以純化學的手段，有目的地將一堆無機物和簡單有機物合成為一個完整的、具有生命力的細胞。

現(xiàn)在，我們卻要求大自然在漫無目的的狀態(tài)下，將一堆同樣的“材料”隨機拼湊出一個具有遺傳和代謝功能的生命體。但它居然做到了：它以整個地球為試驗場，海底任何一個熱液噴口、地表任何一片洼地、甚至任何一個小水滴，都是一個實驗室。這數(shù)以萬億計的小型實驗室，花了 10 億年時間試錯，最終成功了一次。僅僅只成功了一次。我們依據(jù)細胞的基本功能結(jié)構(gòu)，可以反推全球所有生命擁有一個共同的祖先、一個原始的細胞。這是一個無窮大乘以無窮小，最終發(fā)現(xiàn)等于一的故事。現(xiàn)在存在一個問題：這個“無窮大”的基數(shù)，究竟是僅僅來自地球，還是來自整個宇宙？即便是那些堅定持唯物論的科學家和科普作家，有時也會提出疑問：我們會不會是整個宇宙中的唯一？

當年“惠更斯號”登陸土衛(wèi)六時，李競老先生曾經(jīng)跟筆者表示，他更愿意相信生命（甚至于智慧生命）在宇宙中普遍存在;但在找到第一種地外生命之前，這種信念僅有哲學意義。

只為科學目的

現(xiàn)在讓我們把話題拉回到金星。自從 9 月 14 日“金星發(fā)現(xiàn)生命跡象”的新聞報出后，已經(jīng)有諸多科學家對此發(fā)表了見解，多數(shù)對此持謹慎態(tài)度，意見大致可以匯集成三點：該研究的過程可能有尚未察覺到的缺陷，結(jié)果存疑;金星大氣層下尚有我們不了解的一種非生物機制在制造磷化氫;金星大氣層中或許真有我們目前難以理解的一種生命形態(tài)，有待于進一步研究確證。包括研究者在內(nèi)，沒有一個嚴肅科學家斷言金星上存在生命。

就在一些科學家關(guān)注太陽系內(nèi)其它星球上有沒有生命跡象的同時，另一些科學家將目光瞄準了更遠的太空：尋找系外行星，尤其是類地行星。所謂系外行星，即太陽系之外的行星;類地行星，則是指大小與地球相似、有著固體表面的行星。與之相對應(yīng)的是類木行星，即如同木星一樣體積巨大的氣態(tài)行星。在太陽系中，火星和金星都屬于類地行星。

第一顆系外行星發(fā)現(xiàn)于 1995 年，那之后科學家搜尋系外行星的手段突飛猛進，至今已經(jīng)找到了數(shù)千顆系外行星，其中大部分屬于類木行星。科學家希望能在剩下的小部分類地行星中，尋找到與地球更接近、表面允許液態(tài)水存在的行星環(huán)境。這項工作的目的，是探尋類似地球這樣適合生命繁衍的行星在宇宙中是否普遍存在。至于它們表面是否存在生命跡象，目前的科學手段還難以檢測。

你也許會問，尋找這樣的星球，是否在為將來人類“移民”其它星球做準備？你想多了。基于目前的科學認識，人類在可預(yù)見的將來都不太可能實現(xiàn)星際旅行，甚至永遠不能實現(xiàn)星際旅行。做這些研究，是為了純粹的、不帶任何功利性的科學目的。事實上，有太多基礎(chǔ)科學，最初追求的都是純粹的科學目的：從基本粒子的發(fā)現(xiàn)到宇宙起源與演化的推演，以及我們在太陽系內(nèi)搜尋地外生命跡象，莫不如此。我們必須清醒：無論科學家在外太空找到多少宜居星球甚至發(fā)現(xiàn)地外生命，對于我們來說，地球，依然是唯一的家園。

終極天問

假如我們足夠幸運，在有生之年真能見證科學家找到地外生命，那么后一個問題將是：智慧生命是否唯一？

地球這個試驗場花了 10 億年成功制造出原核生物，又花了 15億年～20 億年，再次以撞大運的方式演化出真核生物——如同第一個生命體的誕生一樣，從原核生物發(fā)展成真核生物，地球上也只成功了一次，所有真核生物擁有一個共同的祖先。真核生物具有更復(fù)雜的生命結(jié)構(gòu)，為進一步發(fā)展為高等動物創(chuàng)造了條件，但它們還是以緩慢的速度演化了大約 10 億年，才迎來寒武紀大爆發(fā)，生命種類驟然變得豐富;此后的 5.3 億年，地球經(jīng)歷了幾次物種大滅絕的劫難，才最終演化出智慧生命。

如果把地球生命的演化史同比壓縮到 1 年，那么人類所經(jīng)歷的文明史僅僅只是最后的三四十秒。在如此漫長的演化過程中，任何一個小插曲的出現(xiàn)（或不出現(xiàn)），都將決定演化能否朝向智慧生命的方向。生命的起源屬于超級奇跡，智慧生命的出現(xiàn)則是超級奇跡的平方。如同卡爾·薩根、李競等前輩一樣，筆者也很愿意相信生命乃至于智慧生命在宇宙中并不唯一;然而宇宙過于浩渺，我們很難期望收到來自外星智慧生命的信息，更不要期望它們能跑到地球上來。

不過沒關(guān)系，我們可以先去問候它們。問候的方式不僅有電磁波，還可以有實物“快遞”。1972 年 3 月 2 日，先驅(qū)者 10 號探測器發(fā)射，它帶著人類送給外星智慧生命的禮物奔赴茫茫宇宙。隨后的 1973 年 4 月 6 日、1977 年 8 月 20 日和 1977 年 9 月 5 日，另外3個人類信使，先驅(qū)者 11 號、旅行者 2 號和旅行者 1 號先后發(fā)射，各自朝著不同的方向深入太空。先驅(qū)者 10 號、11 號分別攜帶著一個銅盤，上面刻有對智慧生命普適的圖案，描述了地球人的特征，以及我們在銀河系中的位置;旅行者 1 號、2 號則分別懷揣著一個銅制唱片，里面錄制了 55 種語言的問候語（包括中國的普通話和粵語、閩南語和吳語）和各類音樂（包括命運交響曲和中國的高山流水古琴曲），以及夫妻吵架、嬰兒哭鬧和摔碎碗碟等日常生活中的各類聲音。

銅盤和唱片的設(shè)計者都是卡爾·薩根夫婦。在此，科學家的爛漫情懷得到了淋漓盡致的呈現(xiàn)。盡管旅行者 1 號是迄今速度最快、飛得最遠的探測器，它早在 2004 年就已經(jīng)飛離太陽系的物理邊界（太陽風層頂），但這四個探測器要抵達各自最近的恒星附近，依然需要飛行數(shù)萬年到數(shù)十萬年。且不說銀河系中是否存在其它智慧生命，即便真的有，它們捕獲到這些信使的可能性也微乎其微;彼時，人類文明是否還留存于地球都是個問題。

孤寂的我們，依然是唯一明確的宇宙精靈。明了生命的不易，當你再次仰望星空，也許會從世界觀、宇宙觀角度發(fā)起終極追問：我是誰？（綜合自網(wǎng)絡(luò)）（編輯/諾伊克）