
几年前,在柏林一间实验室里,天体生物学家伊娃·维洛维奇观察到花园水芹在模拟“K型矮星”光照的条件下发芽,兴奋不已。K型矮星是一种橙色调恒星,比我们的黄色太阳温度更低、燃烧更慢。令她意外的是,水芹的生长速度甚至比在模拟太阳光照下更快,植株也更高。
她的结果表明,光合作用——为地球整个食物网提供能量的过程——可以在围绕这些橙色恒星运行的行星上发生。“K型矮星光是一种非常非常有趣的光源,在我看来,任何类型的外星生命搜索中都应该考虑——甚至优先考虑——这个因素,”现就职于德国波茨坦的莱布尼茨天体物理研究所的维洛维奇说。
尤其值得注意的是,在这些恒星的光照下,外星生命可能在比地球稍大的行星上繁盛生长,这类行星被称为超级地球。像维洛维奇这样的科学家认为,围绕K型矮星运行的超级地球或许才是银河系中最有生机的地方,甚至可能比地球更适合生命。
科学家们将这些行星称为“超级宜居世界”,即允许碳基生命比在地球上存续更久、变得更复杂和更多样的行星。
按科学家的想象,一个超级宜居世界比地球宽约20%至30%,质量是地球的两倍,与恒星的距离恰到好处,使水能在其表面流动。这个更大的“地球”引力更强,比地球更紧地留住周围分子,赋予该行星更厚的大气层和更温暖、更稳定的气候,从而推动外星植物和动物(或它们的等同物)的生长。超级地球更大的铁核会在其周围形成更强的磁场,更好地阻挡宇宙辐射。
至于超级宜居行星的表面,想象一下天堂。一个更大的球体会比地球更圆、更平滑,因为其更强的引力侵蚀大陆架并填平海沟。水会以浅湖和浅海的形式均匀地漫溢在其表面。
在地球上,热带岛屿和浅海是生物多样性最丰富的栖息地之一。现在想象一个遍布温暖群岛和珊瑚礁的完整世界。这些岛屿会迸发出旺盛的生物活动,其多样的地形和地理隔离推动着独特物种的爆发。光线会一直到达海底,驱动丰富的异星藻类和植物,供养一个蓬勃的海洋生态系统。
至于那光,或许就是该行星的K型矮星发出的橙色辉光。
天文学家在2010年代开始思考比地球稍大一点、稍好一点的行星,以及在哪里能找到它们。整个想法部分源于犹他州韦伯州立大学教授约翰·阿姆斯特朗的一个问题。他在YouTube上一个天体生物学研讨会的评论区问道:“难道不应该存在比地球更宜居的行星吗?”
这引起了现供职于德国马克斯·普朗克太阳系研究所的天文学家勒内·海勒的思考。他认为,在寻找遥远世界生命化学迹象的过程中,天文学家一直专注于寻找“地球双胞胎”,即围绕类太阳恒星运行的岩石质、有水、地球大小的行星。但就承载生命而言,地球可能并非理想的范本。毕竟,我们并不位于宇宙中一个特殊位置(我们绕太阳转,而不是太阳绕我们转)——这正是哥白尼革命的全部意义所在。
“我想到,目前人类正以同样的人类中心主义偏见寻找类地行星,”海勒说。“当然,地球对我们来说是特殊的。但从宇宙视角来看,为什么要拿地球当参照?”
事实上,地球只是勉强宜居。大多数天体生物学家认为,行星表面必须有水存在才能孕育生命,而事实上,大约40亿年前水在地球冷却表面汇聚后不久,第一批细菌就出现了。但地球离太阳只需要再近2%,那种汇聚就不会发生。相反,地球所有的水都会沸腾蒸发。我们很幸运。但运气终会用完。太阳正在膨胀和变亮。科学家计算,再过大约五亿年,地球将热得无法维持植物和动物这样的复杂生命。
对海勒来说,寻找更宜居世界关乎“弄清我们是否孤独,我们是否可能被找到,有没有谁能跟我们交谈”,他说。
“尽管我——至少在日常生活中——不是一个非常注重灵性的人,”他补充道,“但这个问题仍然至少驱动着我——有没有这样的一种存在?”
他联系了阿姆斯特朗,两人在2014年共同发表了一篇论文,提出超级宜居世界的假说,将其设想为被群岛覆盖的超级地球。当时他们是在为望远镜提出一个新目标。
“超级宜居世界必须被考虑用于未来对外星生命迹象的后续观测,”他们写道。
在论文中,海勒和阿姆斯特朗论证,凉爽小巧的K型矮星比类太阳恒星更适合作为超级宜居世界的宿主恒星,因为它们燃烧氢燃料更慢,变亮的过程也更慢。我们的太阳只剩五十亿年的氢燃料,之后将突然膨胀变红,成为一颗红巨星,吞没地球。相比之下,K型矮星能稳定闪耀数百亿年。这意味着围绕K型矮星的超级宜居行星上的生命,有更多的时间来演化成渐趋复杂的生命形式。
什么样的生命形式?我们只能想象。我们只知道,地球居民在过去40亿年里变得越来越复杂和精密,迄今为止达到了人类级别的智能。
对维洛维奇来说,追求超级宜居行星部分是“一个理想主义的梦想,关于一个拥有美丽条件、不被人类以负面方式影响的世界”,她说。她认为这还关乎“寻找极端的驱动力”——我们所知、所理解的生命类型的最极端版本。
至于这个梦想是否也是现实,维洛维奇觉得还是有机会的。“我乐于相信,从统计上讲,在宇宙领域中,生命很可能存在——尤其是在超级宜居行星上,”她说。