那些被人忽视的“美丽新世界”

丹丘生

在这个似乎荒芜的宇宙中，我们的地球可谓是一个标牌。由于各种巧合，生命在地球上诞生了，甚至还发展出高级文明。我们以自己为榜样证明，生命是可能的。

有鉴于此，我们在寻找外星生命的時候，一切努力都集中于去发现地球的一个“复制品”——各方面都与地球相似的行星。但令人沮丧的是，这样的星球少之又少。在迄今发现的数千颗系外行星中，大多数行星所处的位置，离母恒星要么太近（太热），要么太远（太冷）。其他的行星，或者绕着两颗恒星运行，或者绕着已死亡的恒星运行，或者独自在宇宙中游荡，完全没有恒星为它提供光和热。在这些类型的星球上，生命被认为是不可能的。

但最近的研究表明，这些怪异的星球或许也能维持生命。现在让我们打破成见，到那些地方去看看。

太靠近恒星的行星

与地球条件截然不同的行星，仍然可以成为生命的庇护所。证据并不遥远。离开地球，向着太阳旅行，经过金星和水星所在的轨道，传统上认为，这一路走去，随着温度的飙升，液态水和生命的存在变得愈益不可能。

今天的金星，确实是一个地狱般的炙热世界，那里的温度超过400℃。然而，1970年代美国宇航局的“先驱者金星计划”收集的数据暗示，在过去相当长的时间里，金星上可能存在有液态水。

如何将“金星上有过液态水”的历史与“金星太靠近太阳”的事实相协调呢？

答案可能在于金星的缓慢的自转。金星上的“一天”相当于243个地球日。根据气候模型，缓慢的自转允许金星上的一大片云层长时间静止不动，这样就能够反射掉大部分太阳光，为其表面液态水的存在创造条件。这意味着，对于像金星这样自转缓慢的行星，适宜居住带可以推进到离恒星更近的轨道。

太阳的适宜居住带甚至可能延伸到离太阳最近的行星——水星轨道那么近。这一猜测的证据如下：

水星上有一个叫“卡洛里斯盆地”的古老陨石坑，面积是法国国土的两倍多。1974年，天文学在水星的另一侧发现了一块所谓的“混乱地形”。关于其来历，通常的解释是，小行星撞击水星，撞出卡洛里斯盆地后，地震波分头以相反的方向环绕水星传播，当它们在另一侧相遇时，地震波将地表“揉碎”了，产生出“混乱地形”。

但根据更近期的数据显示，卡洛里斯盆地的生成比混乱地形的生成要早25亿年，所以两者之间没有因果关系。

有鉴于此，有位天文学家提出一种新的解释，认为水星的“混乱地带”是由结晶水合物（如明矾）中水分蒸发引发的地面塌陷形成的。这类似于地球上地下冰融化引起的塌方。如果这解释正确，意味着水星上一度有水。

所以，我们过于草率地将水星等行星排除在生命适宜居住的范围之外了。认识到这一点很重要，因为系外行星中有很多这样的星球。

围绕两颗恒星运行的行星

请想象一下一个有两个太阳的世界，在那里你会有两个影子。这对于生活在环绕两颗恒星运行的行星上的人来说，却不是想象，而是现实。开普勒太空望远镜已经发现了少数这样不寻常的世界，有些还处于适宜居住带上，但到目前为止，它们都是气态巨行星。我们还没有找到一颗环绕双星的岩石质行星。

但最近，天文学家的模拟表明，如果已经发现一颗环绕双星的行星，那么在该系统的适宜居住带上有50%的概率存在着一颗岩石质行星。更诱人的是，这些行星的适宜居住条件（允许液态水存在）可以保持数十亿年之久，有足够的时间来让生命进化。

这样的环绕双星的行星，有可能已经隐藏在我们已经观测到的系外行星之中，只是在等着我们去识别。开普勒太空望远镜是通过“凌星法”寻找系外行星的，即观察一颗行星从恒星前面掠过时恒星的亮度下降。而这种亮度的变化是如此之小，一颗地球大小的行星掠过一颗类似太阳的恒星，仅造成0.01%的亮度下降，所以不容易观测。

对于有两颗恒星的行星，凌星过程更复杂，更不容易观测。但天文学家正努力开发一种算法，希望不久能从开普勒太空望远镜的数据中识别出可居住的环绕双星的行星。

环绕死亡恒星的行星

太阳是不会永远存在下去的。大约50亿年后，它将在一次超新星爆发中将其外层气体抛弃，单留下一个被称为白矮星的小核。围绕一颗白矮星的行星，似乎不像是一个适宜生命栖居的世界。

白矮星虽然是死亡恒星，其内部已经停止了核聚变，但由于其形成之初表面温度很高（可达10000℃），所以依然会发光;也因此，白矮星周围依然有适宜居住带。只是由于它释放的热量太少，适宜居住带会更靠近白矮星。处于带上的行星，公转周期可能只有几天。

但好消息是，由于白矮星冷却的过程非常缓慢，行星在其适宜居住带上非常稳定。像由太阳演化而来的白矮星，行星在其适宜居住带上可以停留85亿年之久，远比地球能在太阳的适宜居住带上停留的时间长。

从技术的角度说，这样的行星也更容易被发现，因为“恒星小”和“行星距离近”这两个因素的组合，在凌星时将导致白矮星亮度的下降幅度高达50%以上，更容易被察觉。

其他人认为，白矮星周围的生命可能会以另一种方式被发现。在2020年发表的一篇论文中，寻找外星智慧生命的科学家探讨了一个外星文明在其恒星开始死亡时将面临的困境。他们的结论是，逃离一颗垂死的恒星太困难了，这会迫使高级的外星文明进行前所未有的“太空工程”，而这些人造工程是可以探测的。所以，白矮星现在已经列入ET（寻找外星智慧生命）项目的列表中。

没有恒星的行星

38%的恒星系在某个时候会失去一颗行星。这些行星被抛出后，独自在太空中游荡，成为一颗颗流浪行星。宇宙中充满了流浪行星，仅在银河系中就可能有数千亿颗。

像地球这样较小的岩石质行星最有可能被抛出。事实上，我们已经发现了地球质量的流浪行星，这要归功于一种叫做“引力微透镜”的现象。如果行星从一颗遥远的、跟它没有隶属关系的恒星前面经过时，它的引力会让恒星传向我们的光线弯曲，就像一块透镜一样，暂时汇聚了恒星的光线，因此我们在远处看恒星像是突然明亮起来。这样的事件持续时间可以从几小时到几周不等，持续时间取决于行星的质量。利用引力微透镜法，天文学家迄今已经探测到8颗系外行星。将于2026年发射的罗曼太空望远镜将致力于观测引力微透镜事件，届时我们会发现更多流浪行星。

现在最大的问题是，如果一个曾经有生命栖居的星球不再有恒星为它提供光和热，那么该星球上的生命能否维持？为了生存，它们或许不得不依靠来自行星内部的热量，尤其是放射性元素的衰变。对于地球来说，放射性元素衰变产生的热量只及我们从太阳获得的能量的1/15000。除非流浪行星有厚厚的大气层，否则它将会冻结。但是宇宙中很多事情是不可预测的，你永远不知道会有什么例外。

卫星上的生命

也许我们不应该只将行星视为可能存在生命的地方。宇宙中数量最大的可居住地可能是卫星。我们已经知道，木星和土星的一些卫星——包括木卫二和土卫二——拥有液态水的地下海洋，尽管它们远在太阳的适宜居住带之外。如果这种情况在其他恒星周围也是如此，那么宜居卫星的数量将大大超过宜居行星。

最新的研究表明，对于冰质卫星，它所环绕的行星的引力比来自太阳的热量更重要。冰质卫星在运行过程中，受到行星引力的拉伸和挤压，这些形变产生的摩擦热量足以融化地表下的冰（至于地表的冰，由于温度太低，水会重新凝结，无法保持液态）。所以原则上，只要你有合适的行星环境，就有可能拥有一个比地球距离太阳远得多的宜居卫星。

如果卫星不是冰质的，而是岩石质的呢？那就只能到恒星的适宜居住带上找宜居卫星了。最近，一个天文小组研究了100多颗已知有系外行星环绕的红矮星（一种较小、较冷和寿命很长的恒星）的适宜居住带，然后，對假想的卫星进行建模。他们发现，其中有4颗处于适宜居住带上的气态巨行星可以拥有长期稳定的卫星（这是很不容易的，因为卫星要在恒星和行星之间保持平衡，几乎是在战战兢兢地走钢丝）。这4颗卫星停留的时间，差不多可达到目前宇宙的年龄，因此有足够的时间让生命出现和进化。