那些被人忽視的“美麗新世界”

丹丘生

在這個似乎荒蕪的宇宙中，我們的地球可謂是一個標牌。由于各種巧合，生命在地球上誕生了，甚至還發展出高級文明。我們以自己為榜樣證明，生命是可能的。

有鑒于此，我們在尋找外星生命的時候，一切努力都集中于去發現地球的一個“復制品”——各方面都與地球相似的行星。但令人沮喪的是，這樣的星球少之又少。在迄今發現的數千顆系外行星中，大多數行星所處的位置，離母恒星要么太近（太熱），要么太遠（太冷）。其他的行星，或者繞著兩顆恒星運行，或者繞著已死亡的恒星運行，或者獨自在宇宙中游蕩，完全沒有恒星為它提供光和熱。在這些類型的星球上，生命被認為是不可能的。

但最近的研究表明，這些怪異的星球或許也能維持生命?，F在讓我們打破成見，到那些地方去看看。

太靠近恒星的行星

與地球條件截然不同的行星，仍然可以成為生命的庇護所。證據并不遙遠。離開地球，向著太陽旅行，經過金星和水星所在的軌道，傳統上認為，這一路走去，隨著溫度的飆升，液態水和生命的存在變得愈益不可能。

今天的金星，確實是一個地獄般的炙熱世界，那里的溫度超過400℃。然而，1970年代美國宇航局的“先驅者金星計劃”收集的數據暗示，在過去相當長的時間里，金星上可能存在有液態水。

如何將“金星上有過液態水”的歷史與“金星太靠近太陽”的事實相協調呢？

答案可能在于金星的緩慢的自轉。金星上的“一天”相當于243個地球日。根據氣候模型，緩慢的自轉允許金星上的一大片云層長時間靜止不動，這樣就能夠反射掉大部分太陽光，為其表面液態水的存在創造條件。這意味著，對于像金星這樣自轉緩慢的行星，適宜居住帶可以推進到離恒星更近的軌道。

太陽的適宜居住帶甚至可能延伸到離太陽最近的行星——水星軌道那么近。這一猜測的證據如下：

水星上有一個叫“卡洛里斯盆地”的古老隕石坑，面積是法國國土的兩倍多。1974年，天文學在水星的另一側發現了一塊所謂的“混亂地形”。關于其來歷，通常的解釋是，小行星撞擊水星，撞出卡洛里斯盆地后，地震波分頭以相反的方向環繞水星傳播，當它們在另一側相遇時，地震波將地表“揉碎”了，產生出“混亂地形”。

但根據更近期的數據顯示，卡洛里斯盆地的生成比混亂地形的生成要早25億年，所以兩者之間沒有因果關系。

有鑒于此，有位天文學家提出一種新的解釋，認為水星的“混亂地帶”是由結晶水合物（如明礬）中水分蒸發引發的地面塌陷形成的。這類似于地球上地下冰融化引起的塌方。如果這解釋正確，意味著水星上一度有水。

所以，我們過于草率地將水星等行星排除在生命適宜居住的范圍之外了。認識到這一點很重要，因為系外行星中有很多這樣的星球。

圍繞兩顆恒星運行的行星

請想象一下一個有兩個太陽的世界，在那里你會有兩個影子。這對于生活在環繞兩顆恒星運行的行星上的人來說，卻不是想象，而是現實。開普勒太空望遠鏡已經發現了少數這樣不尋常的世界，有些還處于適宜居住帶上，但到目前為止，它們都是氣態巨行星。我們還沒有找到一顆環繞雙星的巖石質行星。

但最近，天文學家的模擬表明，如果已經發現一顆環繞雙星的行星，那么在該系統的適宜居住帶上有50%的概率存在著一顆巖石質行星。更誘人的是，這些行星的適宜居住條件（允許液態水存在）可以保持數十億年之久，有足夠的時間來讓生命進化。

這樣的環繞雙星的行星，有可能已經隱藏在我們已經觀測到的系外行星之中，只是在等著我們去識別。開普勒太空望遠鏡是通過“凌星法”尋找系外行星的，即觀察一顆行星從恒星前面掠過時恒星的亮度下降。而這種亮度的變化是如此之小，一顆地球大小的行星掠過一顆類似太陽的恒星，僅造成0.01%的亮度下降，所以不容易觀測。

對于有兩顆恒星的行星，凌星過程更復雜，更不容易觀測。但天文學家正努力開發一種算法，希望不久能從開普勒太空望遠鏡的數據中識別出可居住的環繞雙星的行星。

環繞死亡恒星的行星

太陽是不會永遠存在下去的。大約50億年后，它將在一次超新星爆發中將其外層氣體拋棄，單留下一個被稱為白矮星的小核。圍繞一顆白矮星的行星，似乎不像是一個適宜生命棲居的世界。

白矮星雖然是死亡恒星，其內部已經停止了核聚變，但由于其形成之初表面溫度很高（可達10000℃），所以依然會發光;也因此，白矮星周圍依然有適宜居住帶。只是由于它釋放的熱量太少，適宜居住帶會更靠近白矮星。處于帶上的行星，公轉周期可能只有幾天。

但好消息是，由于白矮星冷卻的過程非常緩慢，行星在其適宜居住帶上非常穩定。像由太陽演化而來的白矮星，行星在其適宜居住帶上可以停留85億年之久，遠比地球能在太陽的適宜居住帶上停留的時間長。

從技術的角度說，這樣的行星也更容易被發現，因為“恒星小”和“行星距離近”這兩個因素的組合，在凌星時將導致白矮星亮度的下降幅度高達50%以上，更容易被察覺。

其他人認為，白矮星周圍的生命可能會以另一種方式被發現。在2020年發表的一篇論文中，尋找外星智慧生命的科學家探討了一個外星文明在其恒星開始死亡時將面臨的困境。他們的結論是，逃離一顆垂死的恒星太困難了，這會迫使高級的外星文明進行前所未有的“太空工程”，而這些人造工程是可以探測的。所以，白矮星現在已經列入ET（尋找外星智慧生命）項目的列表中。

沒有恒星的行星

38%的恒星系在某個時候會失去一顆行星。這些行星被拋出后，獨自在太空中游蕩，成為一顆顆流浪行星。宇宙中充滿了流浪行星，僅在銀河系中就可能有數千億顆。

像地球這樣較小的巖石質行星最有可能被拋出。事實上，我們已經發現了地球質量的流浪行星，這要歸功于一種叫做“引力微透鏡”的現象。如果行星從一顆遙遠的、跟它沒有隸屬關系的恒星前面經過時，它的引力會讓恒星傳向我們的光線彎曲，就像一塊透鏡一樣，暫時匯聚了恒星的光線，因此我們在遠處看恒星像是突然明亮起來。這樣的事件持續時間可以從幾小時到幾周不等，持續時間取決于行星的質量。利用引力微透鏡法，天文學家迄今已經探測到8顆系外行星。將于2026年發射的羅曼太空望遠鏡將致力于觀測引力微透鏡事件，屆時我們會發現更多流浪行星。

現在最大的問題是，如果一個曾經有生命棲居的星球不再有恒星為它提供光和熱，那么該星球上的生命能否維持？為了生存，它們或許不得不依靠來自行星內部的熱量，尤其是放射性元素的衰變。對于地球來說，放射性元素衰變產生的熱量只及我們從太陽獲得的能量的1/15000。除非流浪行星有厚厚的大氣層，否則它將會凍結。但是宇宙中很多事情是不可預測的，你永遠不知道會有什么例外。

衛星上的生命

也許我們不應該只將行星視為可能存在生命的地方。宇宙中數量最大的可居住地可能是衛星。我們已經知道，木星和土星的一些衛星——包括木衛二和土衛二——擁有液態水的地下海洋，盡管它們遠在太陽的適宜居住帶之外。如果這種情況在其他恒星周圍也是如此，那么宜居衛星的數量將大大超過宜居行星。

最新的研究表明，對于冰質衛星，它所環繞的行星的引力比來自太陽的熱量更重要。冰質衛星在運行過程中，受到行星引力的拉伸和擠壓，這些形變產生的摩擦熱量足以融化地表下的冰（至于地表的冰，由于溫度太低，水會重新凝結，無法保持液態）。所以原則上，只要你有合適的行星環境，就有可能擁有一個比地球距離太陽遠得多的宜居衛星。

如果衛星不是冰質的，而是巖石質的呢？那就只能到恒星的適宜居住帶上找宜居衛星了。最近，一個天文小組研究了100多顆已知有系外行星環繞的紅矮星（一種較小、較冷和壽命很長的恒星）的適宜居住帶，然后，對假想的衛星進行建模。他們發現，其中有4顆處于適宜居住帶上的氣態巨行星可以擁有長期穩定的衛星（這是很不容易的，因為衛星要在恒星和行星之間保持平衡，幾乎是在戰戰兢兢地走鋼絲）。這4顆衛星停留的時間，差不多可達到目前宇宙的年齡，因此有足夠的時間讓生命出現和進化。