银河系中散布着百万个栖息生物的行星吗?

作者:鲁道夫·基彭哈恩

 鲁道夫·基彭哈恩(1926——),德国天体物理学家。生于捷克斯洛伐克。1965年至1974年任哥廷根大学天文学与天体物理学教授,后任马克斯·普朗克天体物理研究所所长。1985年至1991年任国际天文学联合会副主席。他是密近双星质量转移演化理论的创始人之一。 

  我们在宇宙中是不是独一无二,也就是别的星球上或其邻近处有没有生命存在?这个问题的提出比我们知道恒星是别处的太阳还要更早。尼古劳斯·冯·屈斯和乔尔丹诺·布鲁诺都曾为此伤过脑筋。为此,两人之中一位幸免于难,另一位不得不在烈火中为真理而献身。 
  讲到银河系中其他天体上的生命问题,这里只打算谈那种和地球生命的化学成分类似的情况;特别要提出来作为先决条件的是,这种生命离不开液态水。我们想知道,在某行星上是不是已经存在类似人类甚至进化阶段更高的生物。不论是这两种情况的哪一种,像地球上那样长的演变年代看来总是必需的。南非德兰士瓦省翁弗瓦赫特的发掘结果告诉我们,早在35亿年前地球上就存在过比较高级的单细胞生物蓝藻,而人们估算的地球年龄只比这个数量大10到15亿年。所以我们要搜索的对象星周围应该具备这样的条件,使原始生物至少已有40亿年之久能稳定地向较高级生物进化。 
  让我们来回顾一下我们这个行星上的生命发展史。天文学家海因里希·西登托普夫作过这样的形象比喻:假想我们能把大约50亿年长的地球史压缩成一年,那么原来的1亿年就变成1个星期,实际演变中的160年就转化为一秒钟。这样一来,从宇宙和银河系最老的恒星起源到太阳和地球的形成用这样的压缩时间表示大约经历了1年。假定太阳系的行星,包括地球,形成于第二年的1月份。那时大气的主要成分还是氢,也就是宇宙中最丰富的元素。后来,氢逃脱了地球引力的束缚,氮和氧成为地球大气的决定性成分。可是早在氢大气时代,简单的生命形态已经出现,而3月份就有了翁弗瓦赫特单细胞生物。生物仍在不断进化,但是我们了解得比较确切的只有假想压缩年的最后6个星期,这是因为得到了由化石揭示的信息。在此期间大部分的氢已经逃散,各类生物的习性转而与氧相适应。11月末是植物,稍后是动物征服了各个大陆;曾经在地球上称雄1星期之久的古代巨形爬虫类,在圣诞节两天假日期间灭绝了;12月31日23时出现了“北京人”;新年来临前10分钟,尼安德特人才来送旧迎新;夜半前5分钟,现代人种诞生了;新年只差30秒钟时,世界历史记载开了头。就在这最近30秒钟内地球上的人数增加了百倍。这种增加在最末若干秒内更是急速,光是最近一秒钟间全球人口就增长为原先的3倍。在除夕花炮上天前不到4/10秒钟的时候,人类开始发射无线电广播节目。 
  尽管地球从诞生以来的大部分时间中都孕育着生物,但是我们称之为文明的年代却只占生物存在时期的一个微乎其微的分数。 
  生物进化的过程如此漫长,把它和恒星演化的时间去对比没有什么不恰当。我们知道,天上有的恒星那样年轻,甚至爪哇猿人曾经是它们诞生的见证人。在这种恒星周围的行星上,目前高级生物还来不及形成。我们也知道,大质量恒星发光发热只有几百万年,这对于生物进化实在太短暂了。看来合适的对象只有从质量相当于或小于太阳的恒星中去找。银河系大约共有恒星千亿,其中绝大多数的质量都算“合格”,这是因为质量较大的恒星终究甚少。 
  除了百分之几的少数例外,银河系中恒星的发热年代都很长,足以使智慧生物渐渐形成。但尚不清楚的是这些星有没有行星围绕着它们转,因为只有在围绕恒星公转的天体上才能具备液态水所需的温度。可惜天文学家对别的太阳周围的行星还一无所知。由于它们实在太遥远,即使离我们最近的一些恒星确有这种伴侣天体绕它们转,人们也还没有能做到用望远镜直接观测这些微乎其微的对象。可是话说回来,别的太阳周围也有行星绕着转,这是非常可能的;首先,人们要打破生活在一个独特太阳系中这样一种概念的束缚。科学发展史曾一次又一次地表明,那种把人类放在宇宙中侍优地位的想法,都是错误的信念。 
  我们已经了解,宇宙物质的角动量很可能使单星周围形成行星系。人类自己所处的行星系也支持这种观点。巨大行星木星和土星甚至以它们的卫星群在周围组成了具体而微的“行星系”,看来这也要归因于角动量。因此,单星周围都有行星系在运转的假想是合理的。 
  如果在恒星形成的过程中由于角动量因素而产生了一对双星,那么即使在此以前行星曾经出现过,它们也应该在不长的宇宙演变岁月中不是落到其中的一颗星上,就是被甩到宇宙空间。因为认真观测表明半数以上的恒星是双星,所以银河系中算下来还剩大约400亿恒星伴有行星。 
  问题又来了:这些行星与各自恒星的距离是否合适呢?一个行星至少应该满足的条件是它与所属恒星的距离使得辐射在它表面造成液态水所需的温度。在太阳系中,水星极靠近太阳,而离太阳比火星更远的所有外行星则受阳光照射太弱,不够温暖。别的恒星周围的行星我们始终还没有见到,怎样才能知道它们之中有多少已经具备了距离恒星恰到好处的条件呢?我们的办法只有和自己所处的行星系类比。地球无疑地处在太阳生命带内部,火星和金星靠近此带边缘。“水手”号探测器拍得的照片表明,火星表面的荒凉程度和月球表面类似。尽管火星有大气并且含有水分,但是在它表面上软着陆的一系列“海盗”号探测器经过取土分析并没有发现生物细胞的任何迹象。苏联的一批探测器测得的金星表面温度超过450摄氏度,所以金星也不是生物栖息的场所。此太阳系中我们似乎是独此一家。 
  只要仔细想想,一个行星必须同时满足多少条件才能栖息生物,我们就会明白,天体具备适于生物的气候是多么希罕的巧例。1977年,在美国航空局工作的科学家迈克尔·H·哈特指出,只要把我们对太阳的距离缩短5%,地球上的生物就会热不可耐而不能生存;这段距离只要加长1%,地球就要被冰川覆盖。我们所居住的行星伸缩余地是不大的。因此他认为,外部条件合适,使生物能进化到较高级阶段的行星,在银河系中最多只有100万个。 
  在某个行星上如果适宜的气候能维持足够长的年代,生命确实会形成吗?这个问题应该去问生物学家,而不是天文学家。不过天文学家也能帮一点忙,他了解,除了少数例外,整个宇宙中化学元素的分布大体上是相同的。银河系中离我们最遥远的恒星,甚至别的系中的恒星,它们的化学组成和太阳一样。没有由硫组成的恒星,也没有由汞组成的云团。压倒多数的情况下宇宙物质的最主要成分是氢,再其次才是其他的化学元素。我们可以向生物学家保证,即使是在一个遥远的,但气候适宜的行星上,他也能找到构成一切有机分子所需的各种物质,射电天文学家在气体云中发现了名目繁多的各种有机分子,其中有乙醇和甲酸,有气氰化氢和甲醚。当然,从这类简单有机化合物向那些构成生命基础的复杂分子演变,是一条漫长的道路。让我们假想,凡是可能孕育生命的场所生物实际上都已出现,那么银河系中可能有着100万个居住生物的行星,这些生物也许各自都已演变了40亿年,只不过它们理应处在各自不尽相同的进化阶段罢了。