太空中或許沒有像家一樣的地方

羅伯特·哈森

從來沒有哪個科學命題像發現太陽系外行星那樣引起人們的關注，那些系外行星中最近的也離我們的太陽有好幾光年之遠，是我們從未見到的世界。為了探尋宇宙中是否有我們的同類，天文學家正在梳理遙遠恒星的微弱波動和周期性暗點——這表明了一顆行星的存在，盡管其信號很弱，連望遠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現，它們的巨大質量造成了明顯的恒星擾動。現在，距離我們發現第一顆系外行星已有20多年了，科學家的探索重點從發現龐然大物轉向了發現更像地球的外星世界。

對于類地行星，不同的人有不同的界定。天文學家傾向于他們可以自信地測量的三個方面：半徑、質量和軌道。當系外行星遮住恒星的部分光線時，類地行星的半徑可以通過恒星的最大暗光推斷出來;質量可以通過恒星擾動的程度計算出來，而軌道參數必須將系外行星置于其“宜居區”，即液態水可以在系外行星表面或其附近駐留的環狀太空體。越來越多的發現——開普勒186f、開普勒438b、開普勒452b（都是通過開普勒空間望遠鏡提供的數據鑒別出來的）——都接近于這些天文約束條件，幾乎每月的新聞報道中都提到“最‘類地行星”。

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

對生命來說，元素比值是至關重要的。礦物學家和地球化學家（包括我在卡內基科學研究所的研究團隊）最近的研究表明，構成物的細微差別都可能意味著一個星球不適合生命生存。如果鎂太多，那么板塊構造就不可能開始，因為鎂是生命營養循環必不可少的動力;如果鐵太少，那么星球就形不成磁場，而磁場是保護生命免受致命宇宙射線傷害必需的;如果水、碳、氮或磷太少，生命也不會存在。

那么，發現另一個地球的可能性有多大？從十幾個主要化學元素的角度來看，復制所有關鍵構成參數的可能性是很小的，或許只有百分之一或千分之一的類地星球在構成成分方面像地球。然而，據保守估計，宇宙中有大約1020顆星球在半徑、質量和軌道方面類似地球，這么算下來，必定有數不勝數的星球類似我們的地球。

這一認識應該使我們駐足三思。只有人類想尋找地球伙伴，就像我們想尋找與我們有共同品位、共同信仰的朋友和愛人一樣。但是，如果我們碰到一個人（不是同卵雙胞胎之一）在每一個方面都和我們一模一樣——穿著一樣、有同樣的職業和愛好、使用同樣的特質語言和體態語言，那將令人毛骨悚然。同理，如果我們發現一個同地球一模一樣的星球，我想也會令我們不安。

不用擔心，這不會發生。看看地球的礦物學。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，但是大多數礦物種類是稀有的。實際上，在另一個類地星球上復制礦物細節幾乎是不可能的。如果地球的無生命礦物學是宇宙中唯一的，那么地球生物學必定更與眾不同。因此，在我們自信地尋找更多類地星球的同時，我們同樣確信的是，宇宙中只有一個地球。