生命能存在于流浪行星上吗？

本文刊载于《发现》杂志2021年9/10月号。订阅成为会员，无限畅览《发现》杂志的全部存档。

即使在童年时期，在投入毕生精力寻找地外生命之前，弗兰克·德雷克就曾疑惑地球是否是唯一能孕育生命的星球。他不是第一个或唯一一个这样想的人。有许多人对这个问题着迷是有原因的：它的答案有助于揭示人类在宇宙中的位置。

德雷克的思考激励他选择了天文学，曾担任波多黎各阿雷西博天文台台长和SETI研究所所长——正如缩写所示，SETI研究所致力于搜寻地外文明，并探索宇宙其他地方存在生命的可能性。德雷克或许最出名的是他的同名方程——该方程估算了我们银河系中可能存在的地外文明数量。该方程于1961年提出，通常被认为是搜寻地外文明新时代的开端。

然而，在发明了那个著名方程的几十年后，德雷克承认他的估计过于保守。这些过于温和的假设之一是，一个可能存在生命的另一个世界必须围绕恒星运行——却忽视了生命存在于流浪行星上的可能性。

这些寒冷、黑暗的世界有时被称为“银河系的游牧者”或“孤儿行星”，它们在太空中游荡，没有家园，没有太阳系，也没有恒星可以围绕。很久以前，它们围绕一颗恒星形成，但被抛了出来，被它们的“父母”遗弃。流浪行星有数十亿颗——天文学家估计，每颗恒星可能至少有一颗流浪行星——在银河系中游荡。

在如此寒冷、荒凉的环境中寻找生命似乎是徒劳的，但在过去的二十年中，天文学家们提出了一系列可能使没有恒星的行星也能孕育生命的情景。

超越“金发姑娘”

虽然生命要真正繁衍需要许多要素，但其中两个最基本的是液体溶剂，它有助于在细胞之间输送对生命至关重要的矿物质和其他物质，以及生物体可利用的能量来源，以维持生命和生长。

像地球这样的行星——离恒星足够近，拥有液态水海洋（满足溶剂要求），并有充足的光照用于光合作用（满足能量要求）——是生物体的天堂。如果我们离太阳更近，光线会过于强烈，热量会煮沸海洋。如果我们离太阳更远，海洋就会结冰，植物将难以获得足够的光照来转化为化学能。而现在，地球的位置恰到好处。不太热，不太冷，正好处于天文学家称之为宜居或“金发姑娘”的区域。

地外生命的搜寻一直以搜寻像我们这样的“金发姑娘”行星为主。但许多天文学家认为，这种搜寻策略暴露了想象力的缺乏，不必要地限制了我们的搜寻范围。谁说生命一定要和地球上的生命一样呢？

麻省理工学院教授、系外行星搜寻专家 Sara Seager 认为，我们应该拓宽对宜居性的认知。“我们到处都能看到生命的要素。人们认为生命在我们星球上组合而成，那么如果生命的要素存在于其他行星上，生命一定能以某种方式起源，”她说。对 Seager 而言，这意味着要寻找可能位于传统宜居带之外的恒星的系外行星，或者可能具有不同于地球上我们所发现的独特生物化学特征的行星。

但佛罗里达理工学院教授 Manasvi Lingam 将这一想法推得更远。为什么行星一定要围绕恒星运行呢？这样的流浪行星还能包含生命的要素吗？

生命失控

在1999年开始的其他工作的基础上，Lingam 和他的同事 Avi Loeb 探讨了这个问题。在2019年发表于《国际天体生物学杂志》的一篇论文中，他们研究了生命如何在冰层覆盖下的地下海洋中，在流浪行星上生存。如果一颗类地行星被抛出其恒星的轨道，就会形成一层冰层。星际空间的寒冷会让海洋无法保持完全液态。但冰层也能帮助行星内部免受严寒环境的影响，起到保温作用。而行星核心深处，放射性元素会持续产生热量，从内向外加热行星。

这种外部保温和内部加热的结合，可能使海洋免于完全冻结。如果地球现在被抛出，放射性量可能不足以阻止其海洋结冰，而且我们可能没有足够的水或地热活动来维持生命。但 Lingam 和 Loeb 认为，如果地球在形成后不久被抛出，那时核心的地热活动要活跃得多，那么海洋或许能够得以保存。

Lingam 的提议只是少数几种流浪行星仍能维持液态水存在温度的情景之一。如果流浪行星拥有稠密的氢大气，这也会起到保温作用，甚至允许液体存在于地表，而不是厚厚的冰层之下。或者，如果行星是从一个仍然有月球相伴的恒星轨道上被抛出的，那么月球可能会因为行星潮汐力的摩擦而保持温暖。

因此，溶剂要求可能在流浪行星上得到满足。“但是，还有一个缺失的因素，那就是：你可能有液态水，但生物体的新陈代谢从哪里获得能量呢？它们从哪里获得维持生命的能量呢？” Lingam 说。

保持平衡

对此，Lingam 考虑了一个不太可能的来源。某些星系被称为活跃星系，它们会发射出强烈的辐射，当物质落入其中心的超大质量黑洞时。如果流浪行星靠近这个中心——所谓的活跃星系核——那么它可能能够利用这种辐射来驱动光合作用。

Lingam 发现，光合作用中光线的有效性与极紫外线对细胞的伤害之间存在着一种平衡。但是，土壤或几米深的海洋水等多种屏蔽层，也可以保护地下海洋中的生命免受紫外线辐射，同时允许足够可见光穿透以促进光合作用。Lingam 确定，活跃星系核可能能够支持距离星系中心约1000光年内的流浪行星上的生命（相比之下，地球距离银河系中心25000光年）。

即使满足了这些条件，我们在不久的将来能否探测到生命的迹象仍然是一个悬而未决的问题。尤其是在流浪行星的情况下，这非常困难，因为我们很可能无法像在典型的系外行星研究中那样，利用母恒星的光作为信号。根据 Seager 的说法，“这项搜寻是为后代准备的……这将非常困难。”

这样的行星上的生命会是什么样子？“你当然可以想象有比微生物更复杂的生命，” Lingam 说。“即使它不像我们在这里看到的（地球上）最复杂的生命那么复杂。我们可能看不到海豚，”或其他类似的已进化物种。

但无论我们能否很快找到它，无论智能生命能否繁衍，生命能够在这些行星上存在，可能表明宇宙中存在着隐藏的丰富多彩的生物。即使在地球上，我们也曾惊叹于极端微生物在地球上最不适宜居住的角落生存的能力。为什么它们不能在星际空间的黑暗寒冷中，在流浪行星上生存呢？

也许生命不仅仅是一个幸运的偶然，在“金发姑娘”行星的完美条件下出现——也许它是一种必然。