本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
在犹太教的逾越节家宴(Seder)中,有一个传统是藏起一块叫做“afikoman”的无酵饼,让孩子们在晚些时候找到,并获得奖励。孩子们从这个经历中清楚地知道,“在哪里寻找?”这个问题比“我们到底在寻找什么?”更为迫切。最简单的策略是在过去找到afikoman的地方寻找。这正是天文学家在寻找外星生命时所采取的策略。他们目前的搜索策略侧重于恒星宜居带中的岩石行星,这与迄今为止发现生命的唯一地点:地球相一致。
但是,像地球这样的地方是寻找生命的最有可能的场所吗?我最近和我的博士后马纳斯维·林加姆讨论过这个问题,并发现了一个令人惊讶的答案。我们所知的生命化学可能蓬勃发展的最有可能的地方,也许是在被称为棕矮星的“准恒星”的大气层中,在那里,液态水可能存在于云层中微小的固体颗粒表面。
在我们的太阳系中,金星的云层被怀疑具有可居住性已有60多年。棕矮星是质量达到木星约70倍的小天体(太阳质量的7%或稍多一点),它们无法燃烧核燃料,因此会不断失去其内部形成的热量,并冷却到行星温度。最常见的棕矮星的表面温度与地球相似的时间,远长于早期地球冷却后生命发展所需的时间。
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如果棕矮星的大气层被来自伴星的紫外线照射,生命的出现可能会加速。在这种情况下,寻找“生命afikoman”的最佳方法是什么?我们的论文建议寻找“绿色矮星”,也就是说,那些表面温度在自然情况下会被归类为“棕色”,但由于生命的存在而呈现绿色的天体表面。
地球上植被的一个众所周知的光谱特征是反射光中的“红边”。植物利用光合作用来处理养分。它们的内部化学利用可见光和紫外光来分解化学键并消化必需的分子,同时拒绝红外光子,因为红外光子的能量不足以在此过程中发挥作用。因此,覆盖着植被的地球表面,其反射率随波长变化时会呈现出明显的谱线边缘。它像垃圾一样反射红外光,并吸收较短波长的光。拥有生命的绿色矮星的大气层应显示出这种光谱特征。
因此,寻找生命可能比以前认为的要简单。首先,人们应该寻找在宜居带中拥有棕矮星伴星的类太阳恒星。大约一半的恒星都有伴星,而这些伴星中约有十分之一会涉及一颗可居住的棕矮星。总的来说,银河系中应该有数十亿个这样的系统。对于这些丰富的系统中的任何一个,都应该在其伴星的光谱中寻找红边。由于棕矮星伴星的大小是类地行星的数十倍,因此它反射的星光应该比地球多一千倍。这将使红边的检测变得容易得多。
因此,在类太阳恒星周围寻找绿色矮星可能是我们寻找天体生物学afikoman的最佳选择。我们最好先在这样的“路灯下”寻找生命的钥匙,因为在其他地方找到它将更具挑战性。
毋庸置疑,发现外星生命会改变我们对自身在宇宙中地位的看法。但是,在不同于类地行星表面的环境中识别它,也将使我们能够弄清楚是否只有一条通向生命的化学途径。如果我们发现了有关太空生命化学的惊喜,我们将有动力在实验室中生产更多的合成生命变体,这对医学可能会产生重大益处。
在我在哈佛大学为大一新生开设的最后一节研讨课上,我问学生们是否会选择登上由友善的外星人管理的宇宙飞船,进行一次前往外星人家园的冒险之旅。大多数学生给出了肯定的回答,前提是他们可以分享自己在社交媒体上的独特经历,并与朋友聊天。
我没有告诉学生的是,在外星文明中,当你的恒星死亡时,你通常会使用核反应堆来保暖,从而创造自己的宜居带。因此,外星人的家园可能不具备我们世界的绿色之美。但也有理由希望外星人可能会朝着他们所栖居的棕矮星的绿色云层航行。