太空中或許沒(méi)有像家一樣的地方

羅伯特·哈森

從來(lái)沒(méi)有哪個(gè)科學(xué)命題像發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)系外行星那樣引起人們的關(guān)注，那些系外行星中最近的也離我們的太陽(yáng)有好幾光年之遠(yuǎn)，是我們從未見(jiàn)到的世界。為了探尋宇宙中是否有我們的同類(lèi)，天文學(xué)家正在梳理遙遠(yuǎn)恒星的微弱波動(dòng)和周期性暗點(diǎn)——這表明了一顆行星的存在，盡管其信號(hào)很弱，連望遠(yuǎn)鏡也不能直接觀察到。

比木星大得多的系外龐然大物首先被發(fā)現(xiàn)，它們的巨大質(zhì)量造成了明顯的恒星擾動(dòng)。現(xiàn)在，距離我們發(fā)現(xiàn)第一顆系外行星已有20多年了，科學(xué)家的探索重點(diǎn)從發(fā)現(xiàn)龐然大物轉(zhuǎn)向了發(fā)現(xiàn)更像地球的外星世界。

對(duì)于類(lèi)地行星，不同的人有不同的界定。天文學(xué)家傾向于他們可以自信地測(cè)量的三個(gè)方面：半徑、質(zhì)量和軌道。當(dāng)系外行星遮住恒星的部分光線時(shí)，類(lèi)地行星的半徑可以通過(guò)恒星的最大暗光推斷出來(lái);質(zhì)量可以通過(guò)恒星擾動(dòng)的程度計(jì)算出來(lái)，而軌道參數(shù)必須將系外行星置于其“宜居區(qū)”，即液態(tài)水可以在系外行星表面或其附近駐留的環(huán)狀太空體。越來(lái)越多的發(fā)現(xiàn)——開(kāi)普勒186f、開(kāi)普勒438b、開(kāi)普勒452b（都是通過(guò)開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡提供的數(shù)據(jù)鑒別出來(lái)的）——都接近于這些天文約束條件，幾乎每月的新聞報(bào)道中都提到“最‘類(lèi)地行星”。

然而，這些令人眼花繚亂的文章通常沒(méi)有談到半徑、質(zhì)量和軌道本身是確定地球潛在姊妹的、較糟糕的參數(shù)。這里面缺少的是化學(xué)。遙遠(yuǎn)恒星的可見(jiàn)光——使用較小的望遠(yuǎn)鏡就能很容易獲得的信息——顯示，這些天體在化學(xué)成分方面有很大不同，有些恒星比我們的太陽(yáng)擁有更多或更少的鎂、鐵或碳。這些關(guān)鍵的差異很可能在它們的伴行星的構(gòu)成上得以反映。

對(duì)生命來(lái)說(shuō)，元素比值是至關(guān)重要的。礦物學(xué)家和地球化學(xué)家（包括我在卡內(nèi)基科學(xué)研究所的研究團(tuán)隊(duì)）最近的研究表明，構(gòu)成物的細(xì)微差別都可能意味著一個(gè)星球不適合生命生存。如果鎂太多，那么板塊構(gòu)造就不可能開(kāi)始，因?yàn)殒V是生命營(yíng)養(yǎng)循環(huán)必不可少的動(dòng)力;如果鐵太少，那么星球就形不成磁場(chǎng)，而磁場(chǎng)是保護(hù)生命免受致命宇宙射線傷害必需的;如果水、碳、氮或磷太少，生命也不會(huì)存在。

那么，發(fā)現(xiàn)另一個(gè)地球的可能性有多大？從十幾個(gè)主要化學(xué)元素的角度來(lái)看，復(fù)制所有關(guān)鍵構(gòu)成參數(shù)的可能性是很小的，或許只有百分之一或千分之一的類(lèi)地星球在構(gòu)成成分方面像地球。然而，據(jù)保守估計(jì)，宇宙中有大約1020顆星球在半徑、質(zhì)量和軌道方面類(lèi)似地球，這么算下來(lái)，必定有數(shù)不勝數(shù)的星球類(lèi)似我們的地球。

這一認(rèn)識(shí)應(yīng)該使我們駐足三思。只有人類(lèi)想尋找地球伙伴，就像我們想尋找與我們有共同品位、共同信仰的朋友和愛(ài)人一樣。但是，如果我們碰到一個(gè)人（不是同卵雙胞胎之一）在每一個(gè)方面都和我們一模一樣——穿著一樣、有同樣的職業(yè)和愛(ài)好、使用同樣的特質(zhì)語(yǔ)言和體態(tài)語(yǔ)言，那將令人毛骨悚然。同理，如果我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)同地球一模一樣的星球，我想也會(huì)令我們不安。

不用擔(dān)心，這不會(huì)發(fā)生。看看地球的礦物學(xué)。我們的最新研究顯示，盡管地殼擁有與任何可能的系外行星共同的礦物質(zhì)，但是大多數(shù)礦物種類(lèi)是稀有的。實(shí)際上，在另一個(gè)類(lèi)地星球上復(fù)制礦物細(xì)節(jié)幾乎是不可能的。如果地球的無(wú)生命礦物學(xué)是宇宙中唯一的，那么地球生物學(xué)必定更與眾不同。因此，在我們自信地尋找更多類(lèi)地星球的同時(shí)，我們同樣確信的是，宇宙中只有一個(gè)地球。