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【討論】為什麼總以人類生存標準尋找外星人?他們不能喝硫酸,吃巖石嗎?

网瘾少女 2022/11/02

1960年,天文學家法蘭克·德雷克使用直徑26米的綠堤電波望遠鏡,對波江座的天苑四(Epsilon Eridani)和鯨魚座的天倉五(Tau Ceti),這兩顆類似太陽的鄰近恒星進行了監察。

這個被稱為「奧茲瑪計劃(Project Ozma)」的監察活動,揭開了人類尋找外星智慧生物的序幕。

由于不知道他們究竟在哪,所以科學家們一方面向著恒星密集的區域,發射有關人類和地球的信息,比如1974年的阿雷西博信息。

另一方面則將目光聚焦到了宜居行星上,試圖通過宜居行星來找到潛在的外星智慧生命。

什麼叫做宜居行星?

所謂的「宜居」是相對人類而言的,就是適合人類生存和生活的星球。

比如重力和地球差不多、處于當前恒星的宜居帶內、地殼活動不太劇烈等等。

當然,最重要的還是,表面有液態水和大氣中富含氧氣。

一直以來,科學家們都將氧氣含量作為一項重要尋找標準,但這樣的判別依據,卻一直都飽受詬病。

很多人認為,科學家用人類生存必須的元素,來尋找外星生命,似乎有些思維僵化,畢竟宇宙浩瀚,生命形態也千差萬別,他們需要的可能跟人類完全不同,比如他們可能吸的氫氣、喝的液態甲烷。

那麼,科學家們這樣尋找,真的是因為他們的腦洞不夠大嗎?

今天我們就從氧氣的角度,聊一聊這個問題。

氧氣是生命存在的先決條件嗎?

由于氧氣是人類生存必需的元素,這讓很多人下意識認為,氧氣是所有生命必需的元素,甚至是孕育生命的先決條件。

但其實這種觀點并不正確,因為氧氣是屬于生命的奇跡。

說得更直白一點,只有存在生命的星球,才會擁有大量的氧氣,而那些沒有生命的死寂天體,不可能擁有大量的氧氣。

為什麼呢?

這主要和氧元素的化學性質有關。

我們都知道,電子在原子中不會扎堆聚集,它們是分布圍繞在原子核附近的。

而原子有個怪癖,它們喜歡讓自己的最外層達到滿電子狀態,也就是2個或8個,因為這樣才能達到穩定狀態。

氧原子有兩層電子,最里層2個電子,最外層6個電子,它渴望變成最外層2個電子或8個電子的穩定狀態。

但前者需要丟掉6個電子,而后者只需要得到2個電子。

由于氧原子核帶8個正點,要讓它丟掉6個電子,難度遠大于得到2個電子。

因此,氧原子想要達到穩定狀態,就只能從其他元素那搶2個電子,這就使得氧元素非常活潑,在沒有「人為」干擾的情況下,它會和其他元素組成各種化合物,幾乎不可能以單質的形式存在。

比如我們的宇宙是富氫的,在太空環境,氧原子很容易和氫結合成水。

在一些大質量的行星上,氫氣也逃不脫強大的引力,所以在富含氫的大氣里,不會有游離的氧元素。

而在質量小的行星或衛星上,只要氫氣跑得掉,氧氣也就跑得掉。

當氧元素千辛萬苦找到一個尺寸適中的巖石行星,想要在上面肆意玩耍時,巖石中好客的硅、鐵、鋁、鈣、鎂等金屬元素不樂意了——在我們的地盤上,怎麼能讓你自己一個人玩呢,必須陪著。

等好不容易應付完這些金屬元素后,碳元素又來了。

如果說氧跟氫結合,還有可能被光解,然后緩慢地釋放出來的話,那氧跟碳結合就是真正的至死不渝了。

所以,在沒有意外的情況下,如果巖石行星或衛星上,氧元素多一點的話,大氣的主要成分就是二氧化碳+氮氣,碳氫多一點的話就是甲烷+氨氣。

注意,這里說的是沒有意外的情況下,如果出現了意外,會是什麼樣的情況。其實地球就是最好的例子。

地球上氧氣哪來的?

在地球最開始形成時,原始大氣的成分主要是二氧化碳、氮氣、甲烷這樣的溫室氣體。

而氧氣是以H2o的形式存在于水中,所以當時的地球其實是一個無氧環境。

那麼,當初的無氧是怎樣變成現在的有氧的呢?就像前面說的那樣——氧氣是生命創造的奇跡。

時間回到35億年前,當時的地球一片混沌,海洋中游蕩著各種厭氧菌。

這些簡單的單細胞生物,每天的生活就是泡泡熱水澡,并在海洋這個大浴缸內,四處尋找小分子為食。

大家都在舒適圈安逸地活著,但只有藍藻對當前的生活不滿意,人生苦短,對于細菌來說也是如此。

藍藻浮上水面曬著太陽,做著白日夢,希望過上躺著就能賺錢的生活,在這種強烈的情感激發下,它學會了一個堪稱神技的被動技能——光合作用。

在這個技能加持下,借助著桑拿房的陽光,利用大氣中取之不盡的二氧化碳和浴缸里的水,就能夠制作出美味的糖類(碳水化合物)。

它再也不用到處尋找小分子為食,實現了躺著賺錢的夢想。

在35億~25億年前這段時間里,憑借著高效率的光合作用,藍藻大量繁殖,而光合作用產生的廢氣也被藍藻隨意排放。

當然,「廢氣」只是相對藍藻來說的,對于現在的地球生物來說,這些廢氣可是賴以生存的關鍵,它的名字叫——氧氣。

最開始,氧氣還能被巖石和地表中的各種金屬元素「吸收」,但隨著藍藻越來越多,氧氣不可避免地過剩了。

這直接改變了地球的大氣環境,當時的地球生命迎來了至暗時刻,99.5%的生命永遠退出了歷史舞臺。

這個地球生命史上第一次大規模的滅絕事件,被科學家們稱為——大氧化事件。

需要注意的是,「大氧化事件」的名稱其實很具有誤導性,很多人會誤以為,這時地球大氣中的含氧量已經和現在差不多了。

但實際情況是,大氧化事件發生之后,在長達十幾億年的時間里,地球大氣中的氧氣含量一直保持在1%左右,并沒有暴增到現在的21%。

一直到距今5.8億~5.2億年前后,大規模的造山運動,讓地球發生了第二次大氧化事件,大氣中的氧含量才增加到現代大氣氧含量的60%以上的水平,從而觸發了多細胞真核生物的大爆發,以及動植物的快速起源和寒武紀生命大爆發。

再后來,隨著進行光合作用的植物越來越多,地球的含氧量才逐步上升,并最終發展到今天的程度。

其實這個復雜的過程也可以這麼說,碳基生物的活動「暫時性」地把大氣中的碳進行了剝離,才導致游離的氧氣成為重要的組成部分。

根據計算,如果將地球上所有的生物全都抹除,那麼地球大氣很快就會恢復為二氧化碳+氮氣的「正常」狀態。

氧氣是更多可能性的前提

大量氧氣的存在,不僅能夠證明某個天體上可能存在著生命,同時,它還是更多可能性的基礎和前提。

現在的研究已經證明,火星曾經是一顆擁有過大片海洋的宜居行星,它表面縱橫交錯的河床、隨處可見沖刷痕跡以及到處散落的鵝卵石就是最好的證明。

而科學家們在2008年通過伽利略航天器上的近紅外測繪光譜儀,證明金星表面有花崗巖地形。

而花崗巖地形的形成需要水,這就意味著金星在遠古時期可能同樣擁有大片的海洋、舒適的環境。

其實這一點也不奇怪,畢竟地球、火星和金星這三顆巖質行星都誕生于同一片星云,組成成分基本相差無幾,更何況幾乎都處于太陽系的宜居帶內。

但為什麼火星變成了今天這副荒涼死寂的模樣呢?因為它失去了所有水。

太陽光中的高能射線會將水分解成氧氣和氫氣,氫氣因為密度非常小,很容易散逸到宇宙空間。

長此以往,火星表面的海洋被分解殆盡,遺留下的氧和地表物質發生了氧化反應,這也就是火星表面呈現赤紅色的原因,因為都是氧化鐵。

地球上的水受太陽光中的高能射線影響也會被分解,但因為地球上氧氣含量極高,氫原子還沒來得及散逸到宇宙空間就被氧化,重新變成水落回地表。

所以,大量的氧意味著行星能夠保住自己的海洋。

另外,根據相關研究,當生物進行無氧呼吸時,它只能釋放出供能物質10%的能量,而當變成有氧呼吸時,這個數字就會從10%上升到40%。

這種堪稱質變的效率提升所帶來的,是更復雜的食物鏈和更高的生態層級,而這些是更復雜生態系統的前提,是生物多樣化和復雜化的前提。

可以這麼說,如果地球生命最開始沒有走上有氧呼吸的演化道路,那現在的生物界肯定是單調和平淡的,遠沒有現在多姿多彩,甚至不會出現人類這樣的智慧生命。

地球生命是最好也是唯一的樣本

因此,作為一種可以證明生命存在的證據,同時又是復雜生態不可缺少的條件,我們當然要將大氣中的氧氣含量,作為尋找外星生命的依據之一。

那外星人可能吸的是氮氣而不是氧氣嗎?當然有可能,論腦洞誰能比得上專業知識更豐富的科學家呢。

就像科普泰斗阿西莫夫,在一篇名為《并非我們所認識的——論生命的化學性質》的文章中,指出了宇宙中可能有的六種生命形態:

1,以氟化硅酮為介質的氟化硅酮生物;

2,以硫為介質的碳氟化合物生物;

3,以液態水為介質的核酸/蛋白質(以氧為基礎的)生物;

4,以液氨為介質的核酸/蛋白質(以氮為基礎的)生物;

5,以液態甲烷為介質的類脂化合物生物;

6,以液氫為介質的類脂化合物生物。

這其中,只有第三種是我們熟悉的碳基生命,而阿西莫夫之所以會將硅基生命排在第一位,主要有三個原因。

第一個是,硅元素在宇宙中分布廣泛,并且相對豐富,尤其在類地行星上,硅元素和碳元素的質量比甚至達到了925:1。

其次, 硅元素可以通過硅氧鏈結合成多變的、穩定的、不活潑的有機硅,在浩瀚的宇宙中,可能性通常意味著必然性。

最后,也是最重要的一點,含氟的硅化合物可以是液態的。

這意味著,硅基生命可以不像我們想象中那樣,宛如巖石、行動緩慢、必須生活在高溫環境下。

我們很難想象,這種形態的生物究竟會長什麼樣。

那麼,既然硅元素看起來這麼優越,為什麼地球最后還是選擇了碳基生命,而不是硅基生命呢?這個問題我在之前的文章里有詳細的解答,感興趣的可以去看看。

回歸正題,外星生物可能不僅吸的是氮氣,還可能喝的是硫酸,吃的是巖石,但這些「腦洞」對尋找沒有任何的幫助。

我們現在不知道生命誕生需要什麼條件、不需要什麼條件,我們只知道地球環境確實孕育出了生命以及人類這樣的智慧生命。

就好比,假如你是地球上一只孤獨的螃蟹,你想要尋找自己的同伴,你會去哪里找?最好的方法當然就是按照自己的生存環境去找,也就是有水的地方,比如湖泊、海洋、沼澤等等。

當然,雪山、沙漠這樣的環境也有可能存在螃蟹,但地球太大了,這些地方你終其一生也找不完。

因此,科學家們才會在宇宙中尋找類似地球的環境,或者說適宜人類生存的環境,至少那里有孕育生命的可能性。這可要比在浩瀚宇宙中漫無目標的尋找,高效的多。

或許人類在未來會改變尋找的必要條件,但那一定是在,真正發現外星生命之后。

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