太空中或许没有像家一样的地方

罗伯特·哈森

从来没有哪个科学命题像发现太阳系外行星那样引起人们的关注，那些系外行星中最近的也离我们的太阳有好几光年之远，是我们从未见到的世界。为了探寻宇宙中是否有我们的同类，天文学家正在梳理遥远恒星的微弱波动和周期性暗点——这表明了一颗行星的存在，尽管其信号很弱，连望远镜也不能直接观察到。

比木星大得多的系外庞然大物首先被发现，它们的巨大质量造成了明显的恒星扰动。现在，距离我们发现第一颗系外行星已有20多年了，科学家的探索重点从发现庞然大物转向了发现更像地球的外星世界。

对于类地行星，不同的人有不同的界定。天文学家倾向于他们可以自信地测量的三个方面：半径、质量和轨道。当系外行星遮住恒星的部分光线时，类地行星的半径可以通过恒星的最大暗光推断出来;质量可以通过恒星扰动的程度计算出来，而轨道参数必须将系外行星置于其“宜居区”，即液态水可以在系外行星表面或其附近驻留的环状太空体。越来越多的发现——开普勒186f、开普勒438b、开普勒452b（都是通过开普勒空间望远镜提供的数据鉴别出来的）——都接近于这些天文约束条件，几乎每月的新闻报道中都提到“最‘类地行星”。

然而，这些令人眼花缭乱的文章通常没有谈到半径、质量和轨道本身是确定地球潜在姊妹的、较糟糕的参数。这里面缺少的是化学。遥远恒星的可见光——使用较小的望远镜就能很容易获得的信息——显示，这些天体在化学成分方面有很大不同，有些恒星比我们的太阳拥有更多或更少的镁、铁或碳。这些关键的差异很可能在它们的伴行星的构成上得以反映。

对生命来说，元素比值是至关重要的。矿物学家和地球化学家（包括我在卡内基科学研究所的研究团队）最近的研究表明，构成物的细微差别都可能意味着一个星球不适合生命生存。如果镁太多，那么板块构造就不可能开始，因为镁是生命营养循环必不可少的动力;如果铁太少，那么星球就形不成磁场，而磁场是保护生命免受致命宇宙射线伤害必需的;如果水、碳、氮或磷太少，生命也不会存在。

那么，发现另一个地球的可能性有多大？从十几个主要化学元素的角度来看，复制所有关键构成参数的可能性是很小的，或许只有百分之一或千分之一的类地星球在构成成分方面像地球。然而，据保守估计，宇宙中有大约1020颗星球在半径、质量和轨道方面类似地球，这么算下来，必定有数不胜数的星球类似我们的地球。

这一认识应该使我们驻足三思。只有人类想寻找地球伙伴，就像我们想寻找与我们有共同品位、共同信仰的朋友和爱人一样。但是，如果我们碰到一个人（不是同卵双胞胎之一）在每一个方面都和我们一模一样——穿着一样、有同样的职业和爱好、使用同样的特质语言和体态语言，那将令人毛骨悚然。同理，如果我们发现一个同地球一模一样的星球，我想也会令我们不安。

不用担心，这不会发生。看看地球的矿物学。我们的最新研究显示，尽管地壳拥有与任何可能的系外行星共同的矿物质，但是大多数矿物种类是稀有的。实际上，在另一个类地星球上复制矿物细节几乎是不可能的。如果地球的无生命矿物学是宇宙中唯一的，那么地球生物学必定更与众不同。因此，在我们自信地寻找更多类地星球的同时，我们同样确信的是，宇宙中只有一个地球。