地外生命与水的探寻

撰文/欧阳自远

什么是生命？

生命的定义繁多，《中国大百科全书》认为：“生命是由核酸和蛋白质等物质组成的多分子体系，它具有不断自我更新、繁殖后代以及对外界产生反应的能力。”诺贝尔奖获得者杰克·佐斯达克认为生命“能够从外部摄取营养物质并把它们转化为能量，能够繁衍后代”。恩格斯的《反杜林论》指出：“生命是蛋白体的存在形式，这个存在形式的基本因素在于和它周围外部自然界不断地新陈代谢。”看来，生命具有遗传复制自己繁衍后代的能力，具有新陈代谢功能。

生命的宜居带

广袤的宇宙由难以计数的星系、恒星系统、行星系统和各类星际物质组成，天文学家发现了上千个太阳系外的“行星”或“地球”，激励着人类去探寻地外的生命和地外文明。

如何评估太阳系外的“地球”是否有生命？是否有适宜生命生存的环境？科学家们需要综合生命的诞生、繁衍和生存的主要因素来进行评估。比如，是否有液态水？水是生命之源，生存之本；行星的大小及其与主恒星的距离，制约了行星表面的温度、大气层的浓度、液态水体的发育、行星的内部能量与行星内部物理场的特征和行星的寿命；主恒星的大小与质量，制约了恒星的寿命和能量等。在太阳系中，只有地球在太阳系的宜居带内，火星比较靠近宜居带。太阳的寿命大约100亿年，太阳现今的年龄约50亿年。地球的年龄约为46亿年，地球诞生8亿年后才出现简单的生命。因此，恒星的寿命要大于宜居带的寿命，才能使宜居带内的行星诞生和繁衍生命，甚至出现高等智慧的生物。中心恒星的质量过大，寿命比较短，行星不足以演化出比较复杂的生命；中心恒星过小，行星距离恒星过近，生存条件险恶，生命难以生存和繁衍。

太阳系中最有可能孕育和繁衍生命的地外天体—火星

火星是太阳系由内往外数的第4颗行星，是地球的近邻，直径约为地球的1/2。火星绕日公转一周的时间为687天，接近地球的两年。火星自转轴的倾角25.2°，也和地球自转轴的倾角（23.5°）相近，火星在一年中也有春夏秋冬的季节变化。火星是太阳系中与地球最为相似的行星。人类共开展了45次火星探测活动。1975年美国发射的海盗1号和海盗2号探测器软着陆火星，基于对地球生命新陈代谢活动的认识，对火星样品开展生命检测。三项生物实验均未获得火星存在生命的确凿证据。特别是从1996年的火星全球勘探者号开始到2008年的凤凰号着陆器，获得了火星上河流侵蚀地貌、古湖泊河流沉积物、浅表层水冰分布、极地冰盖、大气中水蒸气组分等一系列反映火星上有液态水活动的证据，表明火星的过去或现在存在适宜生命繁衍的环境。火星表面分布着干枯的河道、湖泊和北半球的海洋盆地。根据不同研究者的模型计算，火星曾经有过水体，大约可以全部覆盖火星表面深达100米。火星地下水探测的成果还表明，火星的地下蕴藏有丰富的地下水，成为地下埋藏的冰层。火星表面在过去有过大量水体的活动，气候温暖和潮湿，并有厚厚的大气层，具有可能维持生命的环境。

2014年，火星生命的探测取得了令人鼓舞的突破性进展。12月2日，中国学者林杨挺的研究团队在国际著名学术刊物上发表文章，他们对新近降落在摩洛哥沙漠中的提森特（Tissint）火星陨石进行了精细研究，发现陨石内细脉里的碳颗粒属于有机碳，证实火星曾经有过生命的活动。12月16日，美国航空航天局（NASA）举行新闻发布会宣布，好奇号火星车在火星的样品中发现了有机碳，表明火星曾经存在过生命。

太阳系的其他天体有生命吗？

地球的卫星月球以及太阳系的水星、金星、木星、土星、天王星和海王星，根据已有的月球探测和行星探测器对这些行星的探测结果，这些行星生态环境恶劣，不可能具备产生生命的条件，也没有生命得以生存与繁衍的环境。科学家对于太阳系的其他天体是否有生命的探寻，聚焦在太阳系众多的卫星和矮行星身上。他们优选出一批巨行星的卫星和矮行星，探寻生命的踪迹。典型的例子如木卫二、土卫六和小行星带内的谷神星——矮行星。

木卫二 

中国将开展木星系统的探测，通过木星系统环绕探测， 获取木星的磁层结构、大气环流等探测数据，研究太阳风与木星磁场的相互作用、大气环流模式与动力学机制。木星有60多个卫星，木卫二表面覆盖一层8～16km厚的冰层，表面发育褐色网状裂缝， 长达1500km，可能是冰层受潮汐挤压形成的地形。冰层下为海洋， 海水深5 0 ～ 8 0 k m 。褐色网状裂缝， 可能是有机物。木卫二洋底发现火山，提供海洋热能，在地下海洋中含有足够的氧气来维持30亿kg的微生命存在。水、有机物和热能，表明木卫二有可能存在原始的生命活动。冰层下方3km处存在一个巨大的咸水湖泊，其水量大致相当于北美的五大湖的水量总和。有些咸水湖泊上方的冰层厚度仅有数十米。我国将探测木卫二空间环境和表面冰层形貌，研究冰层厚度分布特性、木星潮汐作用对木卫二地下海洋的加热效应，查明木卫二地下湖泊的大小与分布，并探测生命的信息。

谷神星

矮行星谷神星，直径大约950km，整体密度约2.09g/cm3，表明谷神星内部含有大量水。谷神星具有岩石质内核，地幔层包含大量冰水物质，初步推测水占谷神星体积的40%。发现谷神星有水蒸气喷射，可能也存在次表层海洋。谷神星还能通过太阳能获得能量，谷神星羽状喷射物或多或少地证实内部储藏有热量。谷神星是探寻地外生命活动的优选对象。黎明号于2015年3月进入绕谷神星运行的轨道，期望能有新的发现。

土卫六

1944年天文学家杰拉德·柯伊伯利用望远镜的光谱分析仪，发现土卫六上存在甲烷。旅行者1号和旅行者2号对土卫六飞掠探测，发现其大气的主要成分是氮气，其他成分为氩（占6%）、甲烷（占2％～3%）、氢（占0.6%）。2004年年末，卡西尼号将惠更斯探测器投射到土卫六表面，探测土卫六表面是否存在生命活动的信息。土卫六的表面广泛分布着液态甲烷为主要成分的河流、湖泊和海洋。土卫六表面液态甲烷与乙烷（CH4，C2H6）的资源量高达16万亿～160万亿吨碳, 为地球上已知石油和天然气储量的数10倍；土卫六的似干酪根的资源量高达160万亿～640万亿吨,为地球上已知煤储量的数百倍。已有的研究证明，土卫六的甲烷等各种有机化合物并不是生物成因，而是典型的非生物成因的有机化合物。绝大多数小行星和彗星是太阳星云分馏、凝聚形成的最原始的产物。在小行星和彗星中检测出大量复杂的有机化合物和丰富的水含量。其中，复杂的有机化合物不是生命活动的产物，而是非生物作用形成。由于小行星与彗星个体较小，内部能量早已耗尽，所以几乎没有内力产生的地质构造运动和火山岩浆活动，保存了原始的物质组成；由于个体太小，不存在内禀磁场和大气层，所以长期遭受宇宙射线和微陨石撞击。一般认为其自身不可能演化出生命或土卫六表面的液态甲烷湖泊与海洋 者支持生物的生存与繁衍。