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水知道答案——尋找液態水,就是尋找可能的外星生命

2015年9月28日,媒體廣泛報道:NASA宣稱,火星表面存在著液態水。

部分陰謀論者當即表示,這是配合10月2日公映的科幻大片《火星救援》進行的宣傳。

其實NASA的原話是這樣的:利用高解析度成像裝置和緊湊型火星勘測成像光譜儀,發現了火星上存在滷水(高氯酸鹽水)的光譜證據。

看完NASA的詳細表述,有人開玩笑說:《三體》電影公映前,我們也可以釋出一篇通稿——《震驚!半人馬座發現三體人浸泡池!》

其實NASA一直都是標題黨。

去年10月22日,NASA表示將會發布一則“和月球有關”的“big news”。一時間,全球的天文愛好者和相關機構又都興奮起來,各種猜測與推演層出不窮——是生命嗎?是有機分子嗎?或者最低限度,是水嗎?

冷靜的人們已經明白,NASA現在也難,吸引公眾關注已經成了他們第二要務,而第一要務當然就是太空探索本身。所以,不必對所謂的“big news”報以過多期待。

果然,10月27日凌晨,《自然·天文》雜誌釋出了文章:《索菲亞天文臺在月球光照區發現了分子水》。

說白了,月球上沒有生命,沒有有機分子,也沒有普通人想象中的一片片亮汪汪的水窪。科學家們仍然只是透過光譜發現,月壤中存在含量為撒哈拉大沙漠百分之一的水分子。並且,這些水分子是被禁錮在一種叫作“撞擊玻璃”的結構中,你可以把這種結構想象成琥珀——水分子就是那隻被封死在樹脂中的遠古小蟲。

一切迴歸理性,狂歡始終難以到來。

這訊息之所以不能令內行人興奮,是因為在我們這個宇宙中,水根本不是什麼稀罕之物。水分子由兩個氫原子和一個氧原子構成,而這兩種元素在宇宙中的丰度分別排第一和第三。同時,它們又都是化學活性很強的元素,有無數機會大大方方地結合成水分子。

宇宙並不缺水,在太陽系中一樣如此。

地球上的水如果全部變成液態,能夠在地表形成幾公里深的海洋。但很多人不知道的是,地球的含水量甚至比冥王星還要少。

哪怕是木星的一顆衛星——木衛二的含水量也比地球多得多。



(地球和木衛二含水量對比圖)

但在太陽系中,木衛二仍遠算不上水量最多的星球,軌道遠一些的木衛三上,存在著三十倍於地球的水。

這就結束了嗎?不,遠遠沒有。根據推測,天王星的水冰總量,是地球水量的四萬多倍!

所以,在月球光照區發現少量水分子,實在不是什麼值得歡呼的事。何況在更早一些時候,人類已經在月球兩極直接探測到了水冰的存在。

聽到“大新聞”的預告,就急切地聯想到外星生命的人們,恐怕又一次失望了。

但在外星生命的搜尋中,水的確是不可或缺的條件之一。生命的基礎是各種複雜的生物化學反應,液態水是一種極佳的溶劑,能讓這些反應在其中順利進行。找到液態水,就接近於找到了生命可能的發源地,這個說法並不過分。

所以水不重要,重要的是液態水。

2018年,NASA又一次聲稱,在火星南極冰蓋下1.5公里處發現液態水湖泊。但是,這些水目前只是被探測到了,離真正開採利用還遠得很。所以在《火星救援》中,可憐的馬特達蒙為了澆灌土豆,不得不用聯氨製造氫氣,進而合成液態水,還因此炸傷了自己。

遠古的火星上,液態水資源是相當豐富的,這已經被很多證據所證實。可惜的是,隨著火星磁場的消失,大氣層被太陽風剝離,水體也在強烈的輻射下分解並散逸了。目前火星上的水,大部分是以極冠冰蓋和地下冰層的形式存在,把它們全部融化後鋪在火星上,水的深度不會超過五米。

液態水的存在並不只有地球和火星。實際上,木衛二上面就存在一些200公里高的水氣噴泉。科學家們認為,在木衛二10~30千米的冰殼下面,有深達100公里的海洋,那裡常被想象成為木衛二生命的搖籃。

另一個被觀測到水氣噴射羽的星球是土衛二,所以它和木衛二一樣,能夠直接證明自身存在地下海洋。

但除了它們兩個之外,人類也透過一些間接資料推測出,在木衛三、木衛四、土衛六,甚至冥王星、天王星地下的高壓高鹽環境中,也存在著巨量液態水體。

所以問題又來了:有液態水,就有生命誕生的可能嗎?

科學家繼續增加著條件:這要看液態水是在哪裡發現的。如果在星體地表發現了穩定存在的液態水,就基本能夠說明,這顆星體處在宜居帶上。

反過來理解也成立——我們說一顆星球位於宜居帶,就代表液態水可能會穩定存在——這是宜居帶的核心特點。天體生物學家詹姆士·卡斯廷在1993年時估計,太陽系“持續宜居帶”的寬度在0.95到1.15個天文單位(天文單位=日地平均距離)。地球恰好處於宜居帶中央,而內側的金星和外側的火星則分別接近兩個邊界。

瞭解到太陽系宜居頻寬度的比例,你就會明白地球的位置有多麼不可思議——如果太陽是放映廳的銀幕、奧爾特星雲是最後一排座椅,那麼太陽系的宜居帶,僅僅有兩根頭髮絲那麼寬。

所以,事情好像變成了:只要在某顆恆星宜居帶中找到行星,就可以假定其穩定存在液態水。

——他們也是這麼做的。

近幾年來,在宇宙中發現宜居星球的新聞層出不窮。截至2019年,人類已經發現了200多顆處於宜居帶的系外行星。從“超級地球”到“超級地球2.0”,從“開普勒-22b”到“比鄰星b”,從距太陽系600光年的天鵝座到只有4.2光年的半人馬座。似乎每一次新的發現,都在暗示著這個星球“離我們更近”、“和地球更像”、“看起來更適合移民”,甚至——“可能存在液態水。”

請注意,只是“可能”!

英國《每日郵報》報道稱,科學家在對開普勒太空望遠鏡收集到的太空資料分析後指出,銀河系內的每一顆紅矮星,都會對應一顆和地球大小相近的適合人類居住的行星;但美國芝加哥大學與西北大學的科學家一項新研究表明,每一顆紅矮星所對應的宜居行星數可能是兩顆,這也就意味著,銀河系內適合人類居住的星球可能多達600億顆。

所以,按照宜居帶思路來搜尋所謂的“宜居行星”,這個方向雖然說不上是已經破產,但其實已經沒有太大的參考意義了。

那麼,怎樣才算是一顆真正的宜居行星呢?

仍然是詹姆士·卡斯廷教授給出了這個答案:在恆星周圍的一個類地行星,擁有一個含有氮氣、水和二氧化碳的大氣,並且形成的氣候可以維持以水為基礎的生命。

所以在未來,我們不需要對新發現的“宜居行星”表示激動了——除非,他們給出了確切的證據,證明了那顆行星表面真的存在液態水。

畢竟,對於人類已知的生命形式來說,水可能最知道答案。

文/劉豔增

分類: 科學
時間: 2021-08-05

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