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作为地球的“姊妹行星”的火星，因大气层与地球类似，且清晰发现了水痕迹而备受重视。自1960年以来，人类不断向火星发射勘探器，经过许多的勘探和剖析，科学家们发现火星在大约40亿年前曾是太阳系中最合适生命生计的星球。那么，火星是否可以从头成为宜居星球，成为人类的第二家乡？除火星外，坐落火星和木星轨迹之间的谷神星相同引发了科学家们的等待，科学家在这颗由岩石和固态水组成的星球上发现了碳基有机化合物，而这正是生命来历的要害物质。与此同时，就在不久前，英国牛津大学宣告确认了一颗坐落类太阳恒星宜居带邻近的超级地球。这颗被命名为HD 20794 d的“超级类地行星”，其信号初次被捕捉于2022年。科学家以为，这颗超级地球存在液态水的或许性较大。

地球生命的来历及地外生命是否存在等问题一向令人类入神，不论是科学家、哲学家，仍是普通人。了解地球生命的诞生进程，将使人类长久以来对本身来历的探究得到答复，也将大大提高咱们对极为杂乱的天然进程的认知。不论是对研讨生命的生物学家，仍是对评论人类世界观构成方法的常识论者来说，想要知道生命及其根本特点都不是一件简略的事。天体物理学家企图探究太阳系中的其他天体是否有或从前有生命存在，假定存在的话，那么太阳系之外是否存在“其他地球”，或其他“宜居”星球呢？

以下内容节选自《太阳、地球、生命的来历：改动地球前期生命史的14个大事件》，较原文有删省修正。已取得出版社授权刊发。

《太阳、地球、生命的来历：改动地球前期生命史的14个大事件》，[法]米里埃尔·加尔戈 [法]埃尔韦·马丁 [法]普里菲卡西翁·洛佩-加西亚等 著，冷伟 梁鹏 林巍等 译，后浪丨四川科学技术出版社2025年2月版。

世界的千亿星系中有一个很特别的星系，在那个星系的千亿恒星中有一颗恒星名字叫太阳。太阳的行星中有一颗小小的蓝色星球，它所在的方位既不太冷也不太热，这里是许多生命的家乡。这颗充满生机的行星——地球，对咱们来说是特征的，因为它是咱们人类的星球。可是经过实践观测，天文学家现已可以确认，大多数类太阳恒星周围都有行星系。那么，系外行星或许宜居吗？

什么样的星球才是宜居的？

从4.57Ga（10亿年）地球在太阳系中诞生到540Ma（百万年）的寒武纪大迸发，这段前史见证了咱们星球的构成，它在地球物理和地球化学的效果下不断地被刻画，终究，生命在这里诞生、演化，乃至改动着地貌形状。不过，当咱们缺少依据时，不得不抛弃前史剖析而求助于理论假说。

咱们无法从任何遗址中了解这种演化的必定性。不过，咱们确认偶尔性起了决定效果。所以，有没有其他或许孕育生命的行星呢？抑或是，地球是世界#同有生命的星球吗？

据估计，世界的年纪约为13.7Ga，这也是银河系首位代恒星的年纪。换言之，从这个时间规范上看，银河系在世界大爆炸之后不久就构成了。可是，这并不意味着银河系中一切恒星的年纪与世界的年纪相同大。咱们的太阳只需大约45亿岁，诞生于现已90亿岁的银河系。接着，在太阳构成不到2.0Ga，这个蓝色星球上就呈现了生命。太阳的寿数是10.0Ga，标明自银河系诞生以来，数十亿颗“太阳”现已构成、演化，最终以行星状星云的方式被蒸发掉；也标明有数亿颗“太阳”同现在的太阳相同，正处于演化之中。这就意味着，假定这些“太阳”周围也存在“宜居”的星球，即它们其时也满意了生命来历的部分条件，那么，现在这些行星（许多此类行星乃至比地球老得多）上也或许有生命寓居。

《太阳、地球、生命的来历：改动地球前期生命史的14个大事件》内页插图。

可是，至少现在看来，即使在整个太阳系，咱们好像仍是“孤单的存在”，咱们只需地球这一个孤零零的样本。依据这相同本，咱们知道了碳链是现存一切生命体中的分子的根本骨架。这并不算是一个约束条件，因为碳是在恒星中生成的，同氧、氮相同，它也是世界中含量数量较多的元素之一（其含量高出硅元素的10倍）。咱们也了解到，液态水可以说是生命呈现和演化必不可少的条件。相同，水也是世界中常见的分子（如掩盖在星际尘土颗粒表层的冰）。但即使在今日，咱们也难以定量星际介质中以气体方式存在的水的丰度（该问题是2009年春欧航局发射的“赫歇尔”号勘探卫星的首要使命之一）。

因而，虽然咱们只了解一种生命方式，但依据世界的组成（原子、分子和聚合物），咱们没有理由把氨溶液中的硅链（硅基生命）等奇特的化学物质当作世界中其他星球存在另一种生命方式的依据。其次，水以液态方式存在是一个根本前提，但这需求特定的温度和压力规模。地外生命探究之旅将从这些成分下手：它使咱们可以界说“宜居”的星球应该是怎么样的（这并不代表已有生命寓居）。咱们需求留意，保持地球生命所需的温度和压力规模其实是极为广泛的。假定咱们添加一个额定约束条件：存在安稳的能量库（不论是以什么方式，尤其是光及光合效果不存在的状况下，某些生物可以使用矿物质的化学能），可以为生命体的代谢供给能量。

太阳系中的其他生命。

太阳系具有数以千计的天体（行星、卫星、小行星、彗星等），它们的物理化学性质高度多样化。近几十年来的深空勘探项目使得人类可以近间隔观测这些天体，人们也意识到研讨地外生命这一科学问题的杂乱性。首要，从行星离太阳的间隔来看，太阳系有3颗岩质行星是“宜居”的，也便是说，理论上这些行星的外表可以存在液态水：地球、金星和火星。但现实是，只需地球外表存在液态水且孕育了生命。生命呈现的要害要素呈现了：大气圈及温室效应的存在。大气圈中的水经过三态循环（冰/液态水/水蒸气）完结能量的交流和从其母恒星上取得的光能的交流。

咱们已知道，现在金星的外表温度大约是500℃，液态水不或许存在，明显也不利于生命的生计。因为金星间隔太阳较近，且金星大气中95%以上为二氧化碳，这使得金星大气圈十分稠密，很或许曾产生失控温室效应（即因为金星间隔太阳太近，它失去了调控其外表温度的才干）。

火星的问题是引力过小，因而气体逃逸功率很高。尤其是水分子，当水汽进入大气并被太阳紫外辐射光解之后，氢的逃逸将使火星脱水。因而，现在火星大气圈较薄且首要为二氧化碳，大气压很低，不能产生满意的温室效应。可是轨迹太空勘探器如ESA的火星快车勘探器的最近勘探成果显现，火星外表存在堆积层和沟壑，意味着这颗“赤色星球”外表的液态水环境或许曾继续了10亿年之久。如此长的液态水环境足以使生命呈现并演化。假定这样的话，火星上的生命能否熬过太阳系构成700Ma后产生的强烈的晚期重炮击呢？抑或是大碰击导致外表液态水环境的消失？对查找生命痕迹的研讨者来说，有一点很走运，火星外表并没有像地球外表相同遭受到结构活动的不断改造。因而，咱们仍有望找到古火星生命的残迹。这便是为什么自1975年的海盗号到现在的勇气号、机会号、凤凰号火星勘探器，人类一向积极地在火星地表查找生命痕迹。值得一提的是凤凰号火星勘探器，它在火星北极冰盖邻近发现了掩盖在表层尘土下的水冰，验证了火星奥德赛号轨迹勘探器的观测成果。虽然咱们现在没有发现火星人，但假定曩昔火星上从前呈现过生命，那么生命仍有或许存在于火星地下还存在液态水的某些旮旯。此外，火星上的地质活动一向很活泼：火星最终一次火山喷射产生在2Ma。因而，现在咱们仍不能彻底扫除火星上存在可为生命供给能量的氧化复原环境的或许性。

伽利略号（Galileo）勘探器于1992年12月7日拍照的月球印象。《太阳、地球、生命的来历：改动地球前期生命史的14个大事件》内页插图。

与火星和金星比较，地球是共同一个板块结构运动继续进行的类地行星。因而，板块运动或许是生命呈现和演化的重要要素之一。地球的板块运动使得氧化性物质和复原性物质共存（比方沿大洋中脊的海底热液喷口），然后在地球内部与外表两者之间构成了一道能安稳供给化学能的分界面。除太阳能之外，生命也可以使用这种化学能。

不过，板块运动的首要效果是调控地球的气候。在地质时间规范上，板块运动构筑起座座崇山峻岭并导致了大陆的呈现，陆面的风化效果将大气中的二氧化碳转化为碳酸盐堆积物，之后堆积岩经过海陆边际的爬升带进入地幔。与此相反，板块运动中的火山效果将地球内部的二氧化碳带入大气。换句话说，板块运动在长期规范上调理着地球大气的二氧化碳调理体系（碳循环），然后使其温室效应相对安稳。这一特征使地球保持了其外表温度和液态水环境。一个星球是否宜居，很或许与星球的板块运动密切相关。

假定金星和火星都不可，那么太阳系其他地方有或许存在液态水吗？许多盘绕巨行星的冰冻卫星的外标明显不或许，但这些卫星的内部或许存在海洋。关于冰下海洋的最有力依据是卡西尼—惠更斯号（Cassini-Huygens）勘探器（ESA/NASA）最近在土卫二（恩克拉多斯，土星较小的卫星之一，直径不到500km）上发现的间歇泉。这些间歇泉的存在有两层意义：一方面，它标明土卫二冰层外表之下存在液态水；另一方面，它证明土卫二在土星的引力对其构成的潮汐效果下可以供给满意多的能量来保持其内部的液态水环境。此外，土卫二间歇泉中还发现了气态二氧化碳和有机分子，这意味着某种不知道生命体内正在进行着某种化学反响，这种反响可以作为其代谢活动的潜在能量。

依据这项发现，研讨者以为在没有阳光的状况下，土卫二深部也有或许具有为生命代谢活动供给能量的来历。别的，惠更斯号勘探器在土卫六（泰坦，土星的另一个卫星，也是太阳系共同有大气圈的卫星）上没有发现水的痕迹，却发现了甲烷海洋。

木星的冰冻卫星—木卫二（欧罗巴，Europe），其巨细与月球差不多，也是太阳系中或许存在生命的星球。木卫二外表掩盖的冰层上充满了沟壑，这是冰块缓慢运动的成果。木卫二内部结构模仿成果标明，木卫二内部存在着海洋。虽然咱们很难知道生命是怎么在这种环境中诞生的，但木卫二已成为几个旨在查找地外生命的深空勘探项目的方针。

世界中的其他生命？

现在，咱们不知道太阳系其他地方是否也存在生命。但有一点毫无疑问，银河系具有数十亿颗行星（系外行星），不论它们是否围绕着太阳型恒星运转，该恒星质量比太阳或大或小然后使行星温度比地球或热或冷，在天文学意义上，每一颗恒星都具有一个“宜居带”，即星球外表或许存在液态水的区域：行星间隔恒星太远，水将被冻结成冰（假定存在水）；间隔恒星太近，水将被蒸发成水蒸气。咱们可以经过简略的计算来确认宜居带的方位和规模，然后发现是否存在宜居系外行星，而不考虑其质量等特征。2009年4月，研讨者依据此规范发现了两颗新的系外行星（到2009年4月，已发现的系外行星有400颗）。这两颗系外行星归于同一行星系（现在这个行星系有4颗行星），它们的质量分别为地球质量的5倍和7倍。它们都围绕着恒星格利泽581（Gliese581）运转。这颗恒星与太阳大不相同，因为它的质量只需太阳质量的3/10，为一颗红矮星，不过其年纪与太阳的适当。

这一成果标明，只依据行星液态水存在的或许性这一单一规范，咱们就可以辨认与地球天壤之别的“宜居”行星，下文咱们会具体评论这将给生物学带来的严重影响。可是，状况并非如此简略。地质学家和地球化学家指出，地球外表液态水的存在不只与地球到太阳的间隔有关，还有其他影响要素。比方，即使是在上述界说的“宜居带”之外的星球上，温室效应形成的热力逼迫效果也或许使星球外表温度保持在冰点以上。此外，板块运动的存在也会影响温室效应，然后影响行星的宜居性。换句话说，上文引进的“宜居带”概念（天文学意义上的宜居带）是依据行星所需的较低能量之上进行界说的。这便是咱们对。宜居带。规模之外的天体也感兴趣的原因。不论是系内行星（如行星的卫星们，详见上文土卫二和木卫二）仍是系外行星，咱们都需求加强对其内部结构和内部动力学的研讨（现在在这类行星数量有限的状况下是或许完成的）。

假定咱们使用光谱技术研讨这些天体的大气圈，潜在“宜居”系外行星带的规模或许会进一步扩展。在系外行星大气圈中，氧气、臭氧及甲烷或氨气等复原性气体的存在也可以作为星球上代谢存在的有力依据。现在，经过地上观测站对系外行星的光谱剖析研讨，研讨者发现系外行星大气圈中或许存在水。不过，咱们或许有必要比及可以发射极端精细的卫星时才干确认，这是2025年的使命方针。为了取得系外行星的光谱信息，然后证明上文提到过的分子“代谢标志物”（“生物标志物”）的存在，ESA拟定了“达尔文”方案（Darwin），NASA也筹划了“类地行星查找者”（简称TPF）工程。

最终，对生物学家来说，“宜居星球”有必要满意现代生命所需的物理化学条件。这些根本条件需求经过研讨地球生命生计的极限条件来确认，这意味着存在液态水（但并不局限于地表水，也可所以地下海洋，如上文所述）、适合的温度（介于0~110℃）及能量源。能量可所以光能，也可所以氧化复原反响产生的化学能，不过后者要求氧化性物质和复原性物质共存。除了上述条件，还有一个条件：行星的地质活动也比较活泼。

生命：世界的偶尔仍是必定？

地球上的生物学家或许需求考虑地球生命的来历和演化问题，但对哲学家、化学家、地质学家、天文学家来说，一个根本问题至今仍未得到答复：地球生命在世界中是否特征？是偶尔性的产品（1965年诺贝尔生理学或医学奖得主雅克·莫诺的观念）？抑或具有必定性，即当生命所需的物理化学条件都呈现时的必定成果（1974年诺贝尔生理学或医学奖得主克里斯蒂安·德迪夫的观念）？

假定某一天咱们在另一个行星系中也发现了生命，或许就可以找到生命来历问题的答案。可是，即使暂时不论雅克·莫诺的急进态度，咱们好像也无法彻底附和克里斯蒂安·德迪夫所倡议的那种“必定性”，因为这种观念也存在许多问题。读者可以自行判别。

假定有一天，咱们可以证明生命的呈现并非地球上才产生的共同现象，那么不可避免地呈现了另一个问题：毫无疑问，世界中存在许多的宜居行星，生命在世界中仍然稀有仍是具有必定性和普遍性？假定是后者的话，生命呈现乃至生计的这些根本条件是否可以被准确认义呢？单纯从物理化学条件（液态水及有机分子的存在）来看，咱们或许可以对其进行界说，因为这些成分遍及世界的各个旮旯，且含量丰厚。可是，只需地球生命的来历进程尚未可知，咱们就很难给出清晰的答案。

《史前星球》首位季（2022）剧照。

即使咱们可以答复前面的问题，那么咱们或许勘探出来的地外生命又是怎么进行演化的呢？咱们已勘探到各式各样或许含有液态水的行星，必定有许多潜在宜居星球盘绕着格利泽581这样的恒星运转。因为这类恒星较冷（比较太阳的5900K，该恒星外表温度仅为3500K）且在红外波段和紫外波段的辐射都大大强于太阳（存在活动剧烈的色球层），其周围行星上的生命所遵从的演化途径很或许与地球生命的大大不同。能量交流又将怎么进行？它们的机制和功率怎么？会有何种光合效果？演化的速度会有多快？生命会演化到什么姿态？与太阳不同，0.3M☉（太阳质量）的恒星的寿数近乎永生！现在还有许多悬而未决的问题待解开。

假定将来咱们的确发现了地外生命的可信痕迹，或许咱们就能给出这些问题的答案。咱们乃至或许经过这种非同小可但直接的手法来了解地球生命的来历，也便是咱们人类的来历。这岂不是一件很有意思的事。

原文作者/［法］米里埃尔·加尔戈 ［法］埃尔韦·马丁 ［法］普里菲卡西翁·洛佩-加西亚 等。

摘编/何也。

修改/何安安。

校正/刘军。