
幾年前,在柏林一間實驗室裡,天體生物學家伊娃.維洛維奇觀察到花園水芹在模擬「K型矮星」光照的條件下發芽,興奮不已。K型矮星是一種橙色調的恆星,比我們的黃色太陽溫度更低、燃燒更慢。令她意外的是,水芹的生長速度甚至比在模擬太陽光照下更快,植株也更高。
她的結果顯示,光合作用——為地球整個食物網提供能量的過程——可以在圍繞這些橙色恆星運行的行星上發生。「K型矮星的光是一種非常非常有趣的光源,在我看來,任何類型外星生命的搜尋中都應該考慮——甚至優先考慮——這個因素,」現就職於德國波茨坦的萊布尼茨天體物理研究所的維洛維奇說。
尤其值得注意的是,在這些恆星的光照下,外星生命可能在比地球稍大的行星上蓬勃生長,這類行星稱為超級地球。像維洛維奇這樣的科學家認為,圍繞K型矮星運行的超級地球或許才是銀河系中最有生機的地方,甚至可能比地球更適合生命。
科學家們將這些行星稱為「超級宜居世界」,即允許碳基生命比在地球上存續更久、變得更複雜和更多樣的行星。
按照科學家的想像,一個超級宜居世界比地球寬約20%至30%,質量是地球的兩倍,與恆星的距離恰到好處,使水能在其表面流動。這個更大的「地球」引力更強,比地球更緊地留住周圍的分子,賦予該行星更厚的大氣層和更溫暖、更穩定的氣候,進而推動外星植物和動物(或牠們的等同物)的生長。超級地球更大的鐵核會在其周圍形成更強的磁場,更好地阻擋宇宙輻射。
至於超級宜居行星的表面,想像一下天堂。一個更大的球體會比地球更圓、更平滑,因為其更強的引力侵蝕大陸棚並填平海溝。水會以淺湖和淺海的形式均勻地漫溢在其表面。
在地球上,熱帶島嶼和淺海是生物多樣性最豐富的棲息地之一。現在想像一個遍布溫暖島嶼和珊瑚礁的完整世界。這些島嶼會迸發出旺盛的生物活動,其多樣的地形和地理隔離推動著獨特物種的爆發。光線會一直到達海底,驅動豐富的異星藻類和植物,供養一個蓬勃的海洋生態系統。
至於那光,或許就是該行星的K型矮星發出的橙色輝光。
天文學家在2010年代開始思考比地球稍大一點、稍好一點的行星,以及在哪裡能找到牠們。整個想法部分源於猶他州韋伯州立大學教授約翰.阿姆斯特朗的一個問題。他在YouTube上一個天體生物學研討會的評論區問道:「難道不應該存在比地球更宜居的行星嗎?」
這引起了現任職於德國馬克斯.普朗克太陽系研究所的天文學家勒內.海勒的思考。他認為,在尋找遙遠世界生命化學跡象的過程中,天文學家一直專注於尋找「地球雙胞胎」,即圍繞類太陽恆星運行的岩石質、有水、地球大小的行星。但就承載生命而言,地球可能並非理想的範本。畢竟,我們並不位於宇宙中一個特殊的位置(我們繞太陽轉,而不是太陽繞我們轉)——這正是哥白尼革命的全部意義所在。
「我想到,目前人類正以同樣的人類中心主義偏見尋找類地行星,」海勒說。「當然,地球對我們來說是特殊的。但從宇宙視角來看,為什麼要拿地球當参照?」
事實上,地球只是勉強宜居。大多數天體生物學家認為,行星表面必須有水存在才能孕育生命,而事實上,大約40億年前水在地球冷卻的表面匯聚後不久,第一批細菌就出現了。但地球離太陽只需要再近2%,那種匯聚就不會發生。相反,地球所有的水都會沸騰蒸發。我們很幸運。但運氣終究會用完。太陽正在膨脹和變亮。科學家計算,再過大約五億年,地球將熱得無法維持植物和動物這樣的複雜生命。
對海勒來說,尋找更宜居世界關乎「弄清楚我們是否孤單,我們是否可能被找到,有沒有誰能跟我們交談」,他說。
「儘管我——至少在日常生活中——不是一個非常注重靈性的人,」他補充道,「但這個問題仍然至少驅動著我——有沒有這樣的一種存在?」
他聯繫了阿姆斯特朗,兩人於2014年共同發表了一篇論文,提出了超級宜居世界的假說,將其設想為被島嶼覆蓋的超級地球。當時他們是在為望遠鏡提出一個新目標。
「超級宜居世界必須被考慮用於未來對外星生命跡象的後續觀測,」他們寫道。
在論文中,海勒和阿姆斯特朗論證,涼爽小巧的K型矮星比類太陽恆星更適合作為超級宜居世界的宿主恆星,因為它們燃燒氫燃料更慢,變亮過程也更慢。我們的太陽只剩下五十億年的氫燃料,之後將突然膨脹變紅,成為一顆紅巨星,吞沒地球。相比之下,K型矮星能穩定閃耀數百億年。這意味著圍繞K型矮星的超級宜居行星上的生命,有更多的時間來演化成漸趨複雜的生命形式。
什麼樣的生命形式?我們只能想像。我們只知道,地球居民在過去40億年裡變得越來越複雜和精密,迄今為止達到了人類級別的智能。
對維洛維奇來說,追求超級宜居行星部分是「一個理想主義的夢想,關於一個擁有美麗條件、不被人類以負面方式影響的世界」,她說。她認為這也關乎「尋找極端的驅動力」——我們所知、所理解的生命類型的最極端版本。
至於這個夢想是否也是現實,維洛維奇覺得還是有機會的。「我樂於相信,從統計上講,在宇宙領域中,生命很可能存在——尤其是在超級宜居行星上,」她說。