在地球上發現「極端生物」是否預示宇宙中充滿了生物？

「可居住地帶」是有可能找到外星生命的地方。

對於尋找外星生命的科學家來說，1976年這一年很不美妙。美國宇航局的「海盜一號」

飛船登陸火星後，用它的機械臂挖取了一塊拳頭般大小的火星紅土樣本，然後在飛船內置的實驗室里進行分析，希望能找到生命的痕迹。然而，結果令人沮喪：其中沒有任何生物活動的跡象。與此同時，「海盜一號」發回地球的火星圖像也顯示，火星表面是一個蒼涼、冷凍的沙漠世界。在當時，火星是人們覺得最有希望發現外星生命(或稱地外生命)的地方，但這個希望就像火星風暴中的塵埃一樣被吹得煙消雲散。

然而，短短几十年後的今天，情況大不相同了。幾十年前，火星被認為是地球以外唯一有那麼一點點可能性找到生命的地方，而今天，隨著在地球的各種「不可能存在生命的地方」發現生命，科學家對宇宙生命的概念已經發生了天翻地覆的變化。現在，科學家開始考慮不是去某個地方、而是去被稱之為「可居住地帶」的地方尋找外星生命。什麼是「可居住地帶」?簡單地說，就是支持生命存在的其他行星及衛星，而這樣的行星及衛星不僅存在於太陽系中，也遍布銀河系，充滿整個宇宙，甚至佔據宇宙之外。

尋找外星生命的進展十分驚人。10年前，對於土星的衛星之一(土衛二)

研究表明，在這顆衛星崎嶇不平的表面下很可能存在著一個巨大的溫暖水庫，而之前沒有任何科學家認為這顆直徑大約為480千米的冰質衛星有什麼不同尋常之處，直到美國宇航局的「卡西尼號」飛船目睹了土衛二表面奇異的水蒸氣噴泉(也叫冰火山)。如今，土衛二和木星的衛星歐羅巴(木衛二)

一道進入了太陽系中有可能存在液態水的天體名單，而這個名單一直都在加長。從理論上說，有水就可能有生命。

科學家們也在密切關注環繞其他恆星的類地(類似地球的)行星。自20世紀90年代中期以來，科學家已認證了差不多340顆太陽系以外的行星，其中大多數是超大質量的氣態巨無霸，不過最近的搜索正在發現太陽系以外越來越小的行星世界。曾經歐洲空間局的「科洛特號」衛星發現了一顆太陽系以外的行星，其直徑不到地球的兩倍。美國宇航局的「開普勒號」探測器也寄予科學家厚望，至少在它退休前能發現更多的宜居帶星球，

與此同時，最近的一系列發現顯示，微生物比我們想像的要堅韌得多。也就是說，就算是在那些跟地球不太相似的行星或衛星上面也有可能存在生命。

上述發現表明，火星只是我們尋找外星生命的第一步，絕非最後一步。宇宙中的可居住地帶看起來十分廣大，也應該充滿生命。

太陽系可居住地帶

基於對地球極端生物的新認識，科學家對太陽系可居住地帶的理解已大大拓寬了。

在尋找跟我們已知的生命(地球生命)類似的外星生命方面有一個教條，就是生命需要水在這個「法則」的引導下，長期以來，科學家只考慮那些跟地球相似的星球——氣候溫和、表面有液態水的岩石行星。科學家指出：如果按照怡人的氣候來定義可居住地帶，那就只有環繞太陽的一個相當狹窄的區域。只要你把地球再朝著太陽移近百分之幾，或者把地球放到離太陽再遠最多30％的地方，地球上的氣候就會變得非常糟糕(前一種情況下變得很熱，後一種情況下變得很冷)。就此而言，太陽系中除地球外不可能再找到生命。而在其他星系，就算擁有類似太陽系這樣的恆星－行星系統，能像地球這樣恰好處在「正確位置」(因而能夠支撐生命存在)的行星恐怕少之又少。這樣一來，發現外星生命的希望自然就十分渺茫了。

假如真是這樣，可居住地帶這個原本讓人充滿期待的故事就會讓人失望地戛然而止瞭然而，事實並非如此。生物學家近來對地球生命本身有了一系列大大出乎預料的驚人發現：他們在地球上發現了新的生命形式，這是一些無需依賴地表食物、地表氧氣和地表陽光的細菌菌株，被科學家稱作「極端生物」。

極端生物所處的環境條件非常惡劣，直到50年前，生物學家還根本無法想像在這樣的環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、超熱的地熱噴泉口周同，居然聚集、活躍著巨型管蟲、蟹和蝦。這些噴口被稱為黑煙囪，因為噴出的煙柱中有大量暗色的硫化氫。而這些蟲、蟹、蝦正是依賴黑煙囪噴出的化合物生存，這個牛態系統完全無需光合作用。

然而，這些海底極端生物還不是最令生物學家們激動的，因為它們仍然依賴氧，只不過這些氧是由陽光間接製造的。對生物學家來說，在地底下繁榮興旺的細菌要驚人得多，其中有一種生活在位於地面下8000米的南非金礦的細菌。它們獲取能量的方式實在令人難以想像——它們竟然由岩石中不穩定原子的放射性衰變提供能量，陽光和地表水在其中不起任何作用。

既然地球上的極端生物能夠不依賴太陽能生存，這就意味著外星生命或許也一樣能在外星表面很深的地下繁衍生息，一樣無需表面水和陽光。換句話說，可居住的行星(或更廣義地說——天體)也許無須像地球一樣。正是基於這樣的新認識，科學家對可居住地帶範圍的理解大大拓寬了。

一個令人愉快的巧合是，在發現地球極端生物的同時，新研究又顯示太陽系中或許有許多以前並未預料到的溫暖濕潤之地。20世紀90年代，美國宇航局的「伽利略號」

空間探測器搜集到的令人信服的證據表明，木衛二(歐羅巴)在其冰封的表面下可能存在一個全球範圍的、由液態水構成的汪洋大海。而最近才在土衛二(恩克拉多斯)上發現的冰火山則是第二個轉折點。

歐羅巴的地下海洋和恩克拉多斯的冰火山促使行星科學家們開始思考：太陽系裡是否散布著更多這樣的熱點地區——那裡缺乏陽光，而且遠離自身所在天體的表面，但卻擁有無需依賴這兩個條件的生命存在?

銀河系可居住地帶

當天體生物學家把目光投向銀河系時，他們對可居住地帶的理解變得更加寬泛。

當天體生物學家把目光投向地球所在的銀河系時，他們劉可居住地帶的理解變得更加寬泛銀河系中可能包含著多達2000億顆恆星，根據已知擁有行星的恆星數量來估算，銀河系中包含的行星數量遠不止幾十億顆。銀河系中迄今最常見的恆星是紅矮星

(表面溫度低、顏色偏紅的恆星，它們在恆星中的數量較多)，科學家曾經以為在其周圍不大可能存在類地行星，但新研究打破了這一成見。而對地球極端生物的研究則告訴我們，哪怕在非類地行星上也一樣可能存在生命。因此，就算在浩大銀河系中真的罕見像地球這樣的行星，也不能排除銀河系中存在大量「生命之星」的可能性。

所有這些都是好消息。不過，事情並非這麼簡單，因為並非所有星系的每個地方都適合居住。科學家指出，對外星生命來說，水的存在不是最重要的，最重要的是與暴烈而又大質量恆星的距離。

在銀河系中心附近，輻射最強烈，而到銀河系邊緣，輻射降到幾乎為零。即便如此，銀河系中仍可能包含著數十億顆可居住的行星。銀河系中那些最亮、最熱、最重的恆星，對行星和生命來說都意義重大。這些恆星是宇宙中關鍵性重元素(如硅、鉀、鐵)的唯一來源。要知道，地殼組成中超過1/4是硅，鉀對於細胞活動作用很大，鐵則在我們的血液中運送氧，而這些重元素都是在恆星的烈焰核爐中鍛造出來的——當大質量恆星以超新星爆發的形式壽終正寢時，它們將重元素拋進太空，這些重元素被下一代恆星吸納，並有助於行星的形成。

在思考星系可居住地帶的標準時，科學家把重元素是否豐富作為主要條件，而重元素的數量隨著遠離星系中心而急遽下降。據計算，當太陽在大約40億年前形成時，從銀河系中心到邊緣的外1/3區域都缺乏足夠的重元素來支撐生命；之後，重元素分布逐漸變得均衡；到今天，只有銀河系的邊緣部分「嚴重營養不良」，因而不容易形成像地球這樣的行星。地球處在從銀河系中心到邊緣大約2/3的位置上，也即位於銀河系中可居住地帶的中心。

如果再往銀河系中心走，對生命同樣不利。超新星爆發在製造重元素並將它們拋進太空的同時，還會釋放大量的高能輻射——伽瑪射線、x射線和紫外線，哪怕對於距離母恆星遠達幾十億光年的行星來說，這樣的輻射電具有致命效應。擁擠的星系中心區域是大量大質量恆星的家園，超新星爆發在那裡自然很常見，因此複雜生命的形成就算不是不可能，也是相當不容易的。那麼，超新星爆發的負面影響究竟有多嚴重?據計算，輻射毒害會把從銀河系中心到邊緣的內20％區域完全排除在可居住地帶之外，而在這一小片區域內集中了銀河系中全部恆星的一半之多。

可居住地帶距離銀河系中心既不能太近也不能太遠，如此看來，可居住地帶相對來說面積不大。好在銀河系足夠大，因此可居住地帶的面積還是很大的。

在可居住地帶之外，是否就完全沒有可居住的地方了呢?這還不能斷然下結論，關鍵要看生命對高劑量輻射的抵禦能力。關於這一點，地球上的化石記錄或許能提供一些信息。有研究顯示，每隔6200萬年，地球上的生物多樣性就會受到影響。也就是說，地球生物多樣性的下降(有時候表現為物種大滅絕)具有周期性。

有科學家將地球生物多樣性的改變與太陽及太陽系行星在銀河系中的運行情況聯繫起來，指出：隨著太陽環繞銀河系運行，它同時也在銀盤(銀河系總體呈圓盤狀，故稱銀盤)上下跳動，一會兒升到銀盤上方，一會兒又沉到銀盤下方。隨著銀河系在星系際物質中穿行，在銀河系前方生成一種強力震波，能產生高能亞原子粒子，被稱為「宇宙射線」。

宇宙射線會撕裂生物分子，對DNA造成無法修復的損壞。正常情況下，銀河系的磁場能保護我們免受宇宙輻射侵害，但每隔6200萬年，太陽就會跳到銀盤上方，在銀盤北側露出頭來，從而進入危險地帶，此時地球就會遭到很大劑量的宇宙射線轟擊，這可能就是造成物種大滅絕的根本原因(銀河系的北側指向室女座星系團，這個巨大星系團中包含了大量的星系。我們的銀河系，當然也包括我們的地球和我們自己，正以大約每秒190千米的速度墜向室女座星系團)。

無論什麼恆星，在其所在的星系中運行時，都會出現類似的跳動，而靠近星系中心的恆星的跳動更加頻繁，這就意味著靠近星系中心的區域確有可能不支持複雜生命形式的存在。但是，從另一方面來看，宇宙輻射是一把雙刃劍，「合適」數量的輻射本身其實也是生命必不可少的一部分，因為輻射有助於促進變異，而物種大滅絕則為進化性改變開闢了道路。那麼，究竟多少輻射才是「合適」的呢?輻射量大就一定意味著不可能有複雜的生命形式(不一定是我們熟悉的生命形式)存在嗎?這類問題目前仍無答案。

暫時可居住地帶

科學家有關物種大滅絕的假設暗示，可居住地帶不僅由空間決定，也由時間決定。

科學家有關物種大滅絕的假設暗示，可居住地帶不僅需要由空間來度量，而且需要由時間來決定。說到這一點，超新星爆發的確起著重要作用。

當宇宙在大爆炸中產生時，它幾乎全由氫和氦組成。我們知道，光靠氫、氦這兩利一元素是不可能形成行星、更不可能形成人的，而碳、氧、鐵之類的「生命元素」則必須等到恆星(特別是大質量恆星)形成並通過核聚變的形式來產生。這些經過「加工」產生的元素在恆星風或超新星爆發中逃逸，然後被新一代恆星吸納。因此，整個宇宙在其137億年歷史的最初幾十億年里，或許一直是不可居住地帶。

當宇宙充滿重原子之後，局勢發生了扭轉，但恆星註定最終要死亡的本質又為可居住地帶施加了限制。我們的太陽是一顆中等質量的恆星，現在大約是50億歲，預期壽命是100億歲。在下一個50億年里，太陽將腫脹成為一顆紅巨星，將吞噬地球或將地表烤焦。甚至更快，也許短短10億年之後，逐漸增加亮度的太陽就會讓地球變得根本不適合生命居住。而比太陽更明亮、質量更大的恆星，其消耗自身核能的速度更快，或許還等不到複雜生命演化出來就燃盡了自己。

幸運的是，最新研究認為紅矮星也有可能支持類地行星的存在，那麼暫時性可居住地帶的範圍就大大拓展了。在紅矮星中，最黯淡、燃燒自身核能最慢者或許能存在10兆年，也就是比太陽長命1000倍。現有研究結果暗示，在這些紅矮星也死亡後，宇宙可能會繼續擴張。假如真是這樣，我們所知的充滿恆星、或許還充滿生命的宇宙，將只是宇宙的一瞬而已，其餘時候的宇宙都是無盡的寒冷、黑暗和虛無。

如此預測真讓人失望，但不要擔心：最新物理學理論指向了另一種可居住地帶，將允許生命在最後一顆恆星死亡後能繼續存在下去很長時間。

多重可居住地帶

最大的可居住地帶或許不是我們所在的宇宙，而是包含有多個宇宙的「大宇宙」。

最近以來，在一些科學家眼中，最大的可居住地帶已不再是我們所在的宇宙，而是假想中的包含有多個宇宙的「大宇宙」，宇宙學家稱之為「多重寧宙」。在我們所在的宇宙消亡、變黑之後，或許另一個(甚至其他許多個)宇宙將繼續高舉生命的大旗。

多重宇宙理論認為，我們的宇宙——我們所觀察到的一切，包括塑造這一切的物理學法則——只不過是無數個宇宙中的一個而已

。這種理論看起來簡直就是科幻，但絕非空穴來風，而是宇宙學家基於一種被稱為「膨脹」的理論而構建的模型。膨脹宇宙學目前是研究早期宇宙的主導模型，它指出：整個可觀察的宇宙開始時只是一個小點，而這個小點則是一個大得多(或許無限大)的實體中的一個點，這個大實體是在大爆炸中產生的。在宇宙形成後10～30秒鐘之內，這個小點以超超高速(注意：不是超高速)擴張(這就是「膨脹」在宇宙學中的含義)，最終變成我們今天所看到的一切。儘管上述模式聽起來非常怪異，實際上卻有一些觀測證據來間接支持。這些證據解釋起來太複雜，這裡就不說了。

宇宙學家進一步指出，膨脹也可能發生在其他地方和其他時候，大爆炸會產生無數個小點，因此也就會膨脹出無數個口袋狀的宇宙。物理學家將這種多重實體(多重宇宙)的存在稱為「永恆膨脹」。假如這種理論為真，那麼就不僅存在無數個宇宙，而且其中每個宇宙都有自己獨特的物理學法則。在這些宇宙中會不會形成生命呢?如果會，又會是什麼樣的生命呢?還有待進一步研究。

還有科學家提出了另一種同樣充滿科幻色彩、頗富爭議性的理論。20世紀90年代早期，有人提出了一種迥異於膨脹宇宙學中的口袋宇宙模型的多重宇宙模型，該模型聚焦於黑洞扭曲時間和空間的方式。這種理論是建立在這樣一個概念之上的：當大質量恆星坍縮成黑洞時，會產生一個新的宇宙。假如這種模型最終被證明為真，那麼我們就不是生活在一個宇宙中，而是生活在一整套多重宇宙中，其中可能有多得數不清的宇宙都支持生命的存在，可居住地帶的數量自然也就無窮無盡了。事實上，現在已有間接證據表明在我們的宇宙中的確存在大量黑洞。

不過，無論如何，要想找到外星生命尚待時日。

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