去哪裡尋找生命以及如何認識生命
當我們在太空中尋找生命時，我們會聽到費米悖論和德雷克方程交替出現。 兩者都談論智能生命形式。 但是，如果外星生命不聰明怎麼辦？ 畢竟，這並沒有降低它在科學上的趣味性。 或者他根本不想和我們交流——或者他在隱藏或超越我們甚至可以想像的範圍？
兩 費米悖論 （「他們在哪裡？！」——因為太空中存在生命的可能性並不小）和 德雷克方程，評估發達技術文明的數量，這有點滑鼠。 目前，諸如恆星周圍所謂的宜居帶內的類地行星數量等具體問題。
根據波多黎各阿雷西博行星宜居性實驗室的說法， 迄今為止，已發現了五十多個可能適合居住的世界。 但我們不知道它們是否在各個方面都適合居住，而且在許多情況下，它們離我們太遙遠，無法使用我們所知道的方法收集我們需要的資訊。 然而，鑑於到目前為止我們只看到了銀河系的一小部分，看來我們已經知道了很多。 然而，資訊的匱乏仍然讓我們感到沮喪。
去哪裡看
其中一個潛在的友善世界距離我們近 24 光年，位於 天蠍座星座, 系外行星 Gliese 667 Cc 繞軌道運行 紅矮星. 質量是地球的 3,7 倍，地表平均溫度遠高於 0°C，如果這顆行星有合適的大氣層，它將是尋找生命的好地方。 的確，Gliese 667 Cc 可能不像地球那樣繞軸自轉——它的一側總是面向太陽，而另一側在陰影中，但可能厚厚的大氣層可以將足夠的熱量傳遞到陰影側，同時保持光影交界處的穩定溫度。
根據科學家的說法，有可能存在於圍繞紅矮星（我們銀河系中最常見的恆星類型）運行的此類物體上，但我們只需要對它們的演化做出與地球略有不同的假設，我們稍後會寫到。
另一顆特色行星克卜勒 186f (1) 距離我們五百光年。 它的質量似乎只比地球大 10%，溫度與火星差不多。 由於我們已經證實火星上存在水冰，並且知道它的溫度並不會太低以阻止地球上已知的最頑固細菌的生存，因此這個世界可能是最有希望滿足我們要求的世界之一。
另一個強有力的候選人 開普勒442b距離地球 1100 多光年，位於天琴座。 然而，它和前面提到的 Gliese 667 Cc 都因強烈的太陽風而失分，而太陽風的威力比我們太陽發出的強得多。 當然，這並不意味著排除那裡生命的存在，而是必須滿足額外的條件，例如保護磁場的作用。
天文學家最新發現的類地行星之一是一顆距離地球約 41 光年的行星，標記為 LHS 1140b。 它比地球大1,4倍，密度是地球的兩倍，位於主恆星系統的主區域。
「這是我十年來見過的最好的事情，」哈佛-史密森天文物理中心的賈森·迪特曼在關於這一發現的新聞稿中興奮地說。 「未來的觀測可能會首次揭示潛在的宜居大氣層。 我們計劃在那裡尋找水，並最終尋找分子氧。”
甚至有一個完整的恆星系統在潛在的類地系外行星類別中扮演近乎恆星的角色。 這是位於水瓶座的 TRAPPIST-1，距離我們 39 光年。 觀測顯示至少存在七顆小行星圍繞中心恆星運行。 其中三處位於住宅區。
「這是一個令人驚奇的行星系統。 不僅因為我們在其中發現瞭如此多的行星，還因為它們的大小都與地球非常相似，」比利時列日大學的邁克爾·吉隆（Michael Gillon）在2016 年對該系統進行了研究，他在一份新聞稿中說。 其中兩顆行星 特拉普斯特-1b 歐拉茲 TRAPPIST-1s在放大鏡下仔細觀察。 事實證明它們是像地球一樣的岩石物體，這使它們成為生命的更好候選者。
特拉普派斯特-1 它是一顆紅矮星，一顆與太陽不同的恆星，許多類比都可能讓我們失敗。 如果我們尋找與我們的母星的關鍵相似之處呢？ 然後一顆與太陽非常相似的恆星在天鵝座中旋轉。 它比地球大60%，但它是否是一顆岩石行星，是否有液態水還有待確定。
「這顆行星在其恆星的家鄉度過了 6 億年。 這比地球還要長。」美國太空總署艾姆斯研究中心的約翰詹金斯在官方新聞稿中評論了這一發現。 “這意味著生命出現的機會更大，特別是如果那裡存在所有必要的成分和條件的話。”
事實上，最近，2017 年，研究人員在《天文學雜誌》上宣布了這項發現 地球大小的行星周圍的第一個大氣層。 科學家利用智利的南歐天文台望遠鏡觀察了它在凌日過程中如何改變其主恆星的一些光。 這個世界被稱為 GJ 1132b （2），它比我們的星球大1,4倍，距離39光年。
2. 系外行星 GJ 1132b 周圍大氣的藝術渲染。
觀測表明，「超級地球」覆蓋著一層厚厚的氣體、水蒸氣或甲烷，或兩者的混合物。 GJ 1132b 繞其運行的恆星比太陽小得多、溫度低且顏色暗。 然而，這個物體似乎不太可能適合生命存在——它的表面溫度為 370°C。
如何搜尋
唯一經過科學證明可以幫助我們在其他行星上尋找生命的模型 (3) 是地球的生物圈。 我們可以列出一個巨大的清單，列出我們星球所提供的多樣化生態系統。包括：海底深處的熱液噴口、南極冰洞、火山池、海底的冷甲烷外洩、充滿硫酸的洞穴、礦井以及從平流層到地函的許多其他地方或現象。 我們對地球上如此極端條件下生命的了解大大擴展了太空研究領域。
3. 系外行星的藝術視野
科學家有時稱地球為o。 生物圈1型。 我們的星球在其表面顯示出許多生命跡象，主要是透過能量。 同時，它也存在於地球本身。 生物圈2型更加偽裝。 它在太空中的例子包括現代火星和氣態巨行星的冰衛星等行星，以及許多其他物體。
最近推出 用於系外行星研究的過境衛星 （TESS）繼續工作，即發現並指出宇宙中有趣的點。 我們希望對發現的系外行星進行更詳細的研究 詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，在紅外線範圍內運行 - 如果它最終進入軌道。 在概念工作領域，已經有其他任務- 宜居系外行星觀測站 (HabEx)，多頻段 大型紫外光學紅外線檢測儀 （盧瓦爾）或 起源太空望遠鏡 紅外線（OST），旨在提供更多有關係外行星大氣和成分的數據，重點是搜索 生命的生物特徵.
4.生命痕跡的多樣性
後者是天體生物學。 生物特徵是由於生物體的存在和活動而產生的物質、物體或現象。 （4）。 任務通常尋找陸地生物特徵，例如某些大氣氣體和顆粒，以及生態系統的表面影像。 然而，美國國家科學、工程和醫學院 (NASEM) 的專家與 NASA 合作表示，有必要擺脫這種地心說。
- 教授指出芭芭拉·洛拉爾.
通用標籤可以是 糖。 一項新的研究表明，糖分子和 DNA 成分 2-脫氧核糖可能存在於宇宙的遙遠角落。 美國太空總署天文物理學家團隊設法在模擬星際空間的實驗室條件下創造了它。 在《自然通訊》的一篇出版物中，科學家表明這種化學物質可能廣泛分佈在整個宇宙中。
2016年，法國的另一組研究人員對核糖也有類似的發現，核糖是一種人體用來製造蛋白質的RNA糖，被認為是地球早期生命中DNA的可能前體。 複合糖 添加到隕石上發現的以及在模擬太空的實驗室條件下產生的有機化合物的不斷增長的清單中。 其中包括胺基酸、蛋白質的組成部分、含氮鹼基、遺傳密碼的基本單位以及生命用來在細胞周圍建構膜的一類分子。
早期的地球很可能因流星體和彗星撞擊其表面而灑滿了此類物質。 糖衍生物在有水的情況下可以演變成 DNA 和 RNA 中使用的糖，為研究早期生命的化學開闢了新的可能性。
「二十多年來，我們一直想知道我們在太空中發現的化學物質是否能夠產生生命所需的化合物，」美國宇航局艾姆斯天體物理和天體化學實驗室的博士後研究員、該研究的合著者斯科特桑福德（Scott Sandford）寫道。 「宇宙是一位有機化學家。 它有大型容器和大量時間，結果是大量有機物質，其中一些對生命仍然有用。”
目前還沒有簡單的工具可以偵測生命。 在相機捕捉火星岩石上生長的細菌培養物或漂浮在土衛二冰下的浮游生物之前，科學家必須使用一系列工具和數據來尋找生物特徵或生命跡象。
5. 富含二氧化碳的實驗室氣氛受到等離子放電
另一方面，值得檢查一些方法和生物特徵。 例如，學者們傳統上認識到， 大氣中存在氧氣 行星作為其上可能存在生命的明確標誌。 然而，約翰霍普金斯大學 2018 年 XNUMX 月發表在《ACS 地球與空間化學》上的一項新研究建議重新考慮類似的觀點。
研究小組在莎拉·赫斯特 (Sarah Hirst) 設計的實驗室室中進行了模擬實驗 (5)。 科學家測試了九種不同的氣體混合物，這些氣體混合物預計會出現在系外行星大氣中，例如超級地球和迷你鎵（最常見的行星類型）。 銀河系。 他們將混合物暴露於兩種能量中的一種，類似於在地球大氣中引起化學反應的能量。 他們發現了多種產生氧氣和有機分子的情況，這些分子可以產生糖和胺基酸。
然而，氧氣與生命成分之間並沒有密切的相關性。 因此，似乎氧氣可以成功地產生非生物過程，同時，反之亦然 - 一個沒有可檢測到的氧氣水平的行星能夠接受生命，這實際上發生在......地球上，藍藻開始之前大量生產氧氣。
正在設計的天文台，包括太空天文台，可以照顧 行星光譜分析 尋找上述生物特徵。 康乃爾大學科學家的最新研究表明，植被反射的光，尤其是在較古老、較溫暖的行星上，可能是生命的強大訊號。
植物吸收可見光，利用光合作用將其轉化為能量，但不吸收光譜中的綠色部分，這就是我們將其視為綠色的原因。 基本上，紅外光也會被反射，但我們不再看到它。 反射的紅外光在光譜圖上產生一個尖銳的峰值，被稱為蔬菜的「紅邊」。 目前還不完全清楚為什麼植物會反射紅外線，儘管一些研究表明這是為了避免熱損傷。
因此，在其他行星上發現植被的紅邊可能會成為那裡存在生命的證據。 康乃爾大學的天體生物學論文作者 Jack O'Malley-James 和 Lisa Kaltenegger 描述了植被紅邊在地球歷史上可能發生的變化 (6)。 苔蘚等陸地植被首次出現在地球上是在 725 至 500 億年前。 現代開花植物和樹木出現在大約 130 億年前。 不同類型的植被反射紅外光的方式略有不同，具有不同的峰值和波長。 與現代植物相比，早期的苔蘚是最弱的投影機。 一般來說，頻譜中的植被訊號隨著時間的推移逐漸增加。
6. 來自地球的反射光取決於植被類型
西雅圖華盛頓大學大氣化學家 David Catling 的團隊於 2018 年 XNUMX 月在《科學進展》雜誌上發表了另一項研究，該研究深入研究了我們星球的歷史，開發了一種檢測單細胞的新方法。在不久的將來遙遠的物體上有生命。 。 在地球四十億年的歷史中，前兩年可以被描述為一個“粘糊糊的世界”，由 甲烷微生物對他們來說，氧氣不是一種賦予生命的氣體，而是一種致命的毒藥。 藍藻，即源自葉綠素的綠色光合作用藍藻的出現，決定了未來二十億年的發展，將「產甲烷」微生物排擠到氧氣無法到達的角落和縫隙中，即洞穴、地震等。藍藻逐漸改變了我們的綠色星球，填滿了地球。大氣中含有氧氣，並為現代已知世界奠定了基礎。
地球上第一個生命可能是紫色的說法並不新鮮，因此假設系外行星上的外星生命也可能有這種顏色。
馬裡蘭大學醫學院的微生物學家 Shiladitya Dassarma 和加州大學河濱分校的研究生 Edward Schwieterman 是關於這一問題的一項研究的作者，該研究於 2018 年 XNUMX 月發表在《國際天體生物學雜誌》上。 不僅是達薩瑪和施維特曼，還有許多其他天體生物學家都認為，我們星球上的一些第一批居民是 鹽細菌。 這些微生物吸收綠色光譜的輻射並將其轉化為能量。 它們反射了紫色輻射，使我們的星球從太空中看起來像這樣。
為了吸收綠光，鹽細菌使用視網膜，這是脊椎動物眼睛中發現的視覺紫色。 只是隨著時間的推移，使用葉綠素（吸收紫光並反射綠光）的細菌開始主宰我們的星球。 這就是地球看起來如此的原因。 然而，天體生物學家懷疑鹽細菌可能在其他行星系統中進一步演化，因此他們提出紫色行星上有生命存在（7）。
生物簽名是一回事。 然而，科學家仍在尋找檢測技術特徵的方法，即先進生命和技術文明存在的跡象。
美國國家航空暨太空總署(NASA) 於2018 年宣布，正是利用這些「技術特徵」加強對外星生命的搜尋，正如該機構在其網站上所寫的那樣，「這些跡像或信號使我們能夠斷定宇宙某處存在技術生命」。 。 可以發現的最著名的技術是 無線電訊號。 然而，我們也知道許多其他的東西，甚至是假想的巨型結構的建造和運作的痕跡，例如所謂的 戴森球 （8）。 該清單是在 NASA 於 2018 年 XNUMX 月組織的研討會期間編制的（請參閱對面的方框）。
- 加州大學聖塔芭芭拉分校學生的一個專案 - 使用一組瞄準附近仙女座星係以及其他星系（包括我們自己的星系）的望遠鏡來識別技術特徵。 年輕的研究人員正在尋找與我們相似或優於我們的文明，試圖使用類似於雷射或微波激射器的光束來表明其存在。
傳統搜尋（例如 SETI 進行的電波望遠鏡）有兩個限制。 首先，它假設有智慧的外星人（如果有的話）試圖直接與我們交談。 其次，如果我們找到這些訊息，我們就會識別它們。
該領域 (AI) 的最新進展提供了令人興奮的機會，可以重新檢查所有收集的數據，以找出迄今為止被忽視的細微不一致之處。 這個想法是新的 SETI 策略的核心。 掃描例外它們不一定是通訊訊號，而是高科技文明的副產品。 目標是開發綜合性、智慧化的“引擎異常“，能夠確定哪些資料值和連接模式異常。
技術簽名
根據 28 年 2018 月 XNUMX 日 NASA 研討會報告，我們可以識別幾種類型的技術簽名。
Коммуникация
「瓶子裡的資訊」和外星文物。 我們自己在先鋒號和航行者號上發送了這些訊息。 這些都是物理物體以及伴隨它們的輻射。
人工智慧. 當我們學會利用人工智慧為自己謀取利益時，我們識別潛在外星人工智慧訊號的能力就會增強。 有趣的是，在不久的將來，地球上的人工智慧系統和太空形式的人工智慧之間也有可能建立連結。 使用人工智慧尋找外星技術特徵，以及幫助進行大數據分析和模式識別，看起來很有前途，儘管不確定人工智慧是否會擺脫人類典型的感知偏見。
大氣
人類改變地球可觀測特徵的最明顯的人為方式之一是透過大氣污染。 因此，無論它們是作為工業副產品而產生的人造大氣元素，還是地球工程的一種故意形式，從這種關係中檢測生命的存在可能是最強大、最明確的技術特徵之一。
結構性
人造巨型結構。 它們不必是直接圍繞母星的戴森球。 它們也可能是比大陸小的結構，例如位於地表上方或雲層上方的環行星空間中的高反射或高吸收光伏結構（發電機）。
島上很溫暖。 它們的存在基於這樣的假設：充分發達的文明會積極管理廢熱。
人工照明。 隨著觀測技術的發展，應該在系外行星的夜間偵測到人造光源。
在全球範圍內
能量耗散。 對於生物特徵，已經開發了系外行星生命過程釋放的能量模型。 只要有證據表明存在某種技術，就可以根據我們自己的文明創建此類模型，儘管它可能不可靠。
氣候穩定或不穩定。 強大的技術特徵既可以與穩定性（當沒有先決條件時）相關聯，也可以與不穩定性相關聯。
地球工程。 科學家認為，先進文明可能希望在其擴張的行星上創造與家鄉相似的條件。 例如，一種可能的技術特徵是在同一系統中檢測到多個具有可疑相似氣候的行星。
如何認識生命？
現代文化研究，即文學和電影，關於外星人外貌的想法主要來自一個人—— 赫伯特·喬治·威爾斯。 早在十九世紀，他就在一篇題為「年度百萬美元人物」的文章中預見到，一百萬年後的1895年，他在小說《時間機器》中創造了人類未來進化的概念。 作者在《世界大戰》（1898）中提出了外星人的原型，並在小說《月球上的第一批人》（1901）中發展了他的亞硒酸鹽概念。
然而，許多天體生物學家認為，我們在地球以外發現的大部分生命將是 單細胞生物。 他們從我們迄今為止在所謂的棲息地中發現的大多數世界的嚴酷性以及地球上的生命在進化為多細胞形式之前以單細胞狀態存在了大約 3 億年的事實來推斷這一點。
銀河係可能確實充滿了生命，但可能主要是在微觀尺度上。
2017年秋天，英國牛津大學的科學家在《國際天體生物學期刊》發表了一篇文章《達爾文的外星人》。 在其中，他們認為所有可能的外星生命形式都受到與我們相同的自然選擇基本法則的約束。
「僅在我們自己的銀河系中就可能有數十萬顆宜居行星，」牛津大學動物學系的薩姆·萊文說。 「但我們只有一個真實的生命例子，可以從中做出我們的願景和預測——來自地球。」
萊文和他的團隊表示，這對於預測其他行星上的生命可能會是什麼樣子非常有用。 進化論。 面對各種挑戰，它當然需要隨著時間的推移逐漸發展變得更強。
文章寫道：“如果沒有自然選擇，生命就無法獲得生存所需的功能，例如新陳代謝、移動能力或感知能力。” “它將無法適應環境，並在過程中演變成複雜、引人注目且有趣的東西。”
無論這種情況發生在哪裡，生命總是會面臨同樣的挑戰，從尋找有效利用太陽熱量的方法到操縱環境中物體的需要。
牛津大學的研究人員表示，過去曾認真嘗試將我們自己的世界以及人類的化學、地質學和物理學知識推斷為疑似外星生命。
萊文說。 -.
牛津大學的研究人員甚至創造了一些他們自己的假設例子。 外星生命體 （9）。
9. 牛津大學的可視化外星人
萊文解釋道。 -
今天我們所知道的大多數理論上宜居的行星都圍繞著紅矮星。 它們被潮汐鎖定，這意味著一側永遠面向溫暖的恆星，而另一側則面向外太空。
- 教授說。 來自南澳大利亞大學的 Graziella Caprarelli。
根據這個理論，澳洲藝術家創作了一些迷人的圖像，描繪了居住在圍繞紅矮星運行的世界中的假想生物 (10)。
10. 圍繞紅矮星運行的行星上的假設生物的可視化。
然而，所描述的生命將基於宇宙中豐富的碳或矽以及普遍的進化原理的想法和假設可能會與我們的人類中心主義和無法識別「他者」的偏見發生衝突。 斯坦尼斯拉夫·萊姆在他的《慘敗》中對此進行了有趣的描述，其中的英雄看著外星人，但過了一段時間他們才意識到自己是外星人。 為了證明人類在識別令人驚訝的「外星人」事物方面的弱點，西班牙科學家最近進行了一項受 1999 年著名心理學研究啟發的實驗。
回想一下，在最初的版本中，科學家要求參與者完成一項任務，同時觀看一個令人驚訝的場景——例如，一個打扮成大猩猩的男人——一項任務（例如，計算籃球的傳球次數）遊戲）。 。 事實證明，絕大多數對他們的活動感興趣的觀察者…沒有註意到大猩猩。
這次，加的斯大學的研究人員要求 137 名參與者掃描行星際影像的航空照片，並找到由智慧生物建造的看似不自然的結構。 在一張圖像中，研究人員添加了一張偽裝成大猩猩的男子的小照片。 45 名參與者中，只有 137 人（即 32,8% 的參與者）注意到了這隻大猩猩，儘管它是一個他們可以清楚地看到在眼前的「外星人」。
然而，雖然想像和識別陌生人對我們人類來說仍然是一項艱鉅的任務，但「他們在這裡」的信念與文明和文化一樣古老。
2500多年前，哲學家阿那克薩哥拉相信，生命之所以存在於許多世界，是因為「種子」將其散佈在宇宙中。 大約一百年後，伊比鳩魯指出，地球可能只是許多有人居住的世界之一，而在他之後的五個世紀，另一位希臘思想家普魯塔克提出，月球上可能曾經居住過外星人。
正如你所看到的，外星生命的想法並不是現代的時尚。 然而，今天，我們已經擁有了有趣的地方、越來越有趣的搜尋技術，並且越來越願意尋找與我們已知的完全不同的東西。
不過，有個小細節。
即使我們在某個地方發現了無可否認的生命痕跡，我們的靈魂是否會因為無法快速到達這個地方而感覺更好？
理想的生活條件
生態圈/生態區/宜居帶中的行星,
也就是說，在恆星周圍的區域，形狀類似球形層。 在這樣的區域內，可能存在確保生物體出現、維持和發育的物理和化學條件。 液態水的存在被認為是最重要的。 這顆恆星周圍的理想條件也被稱為「金髮女孩區」——源自盎格魯-撒克遜世界著名的兒童童話故事。
行星的質量足夠。 狀態有點類似能量的大小。 質量不能太大，因為強大的重力對你不利。 然而，太少則無法維持大氣層，而從我們的角度來看，大氣層的存在是生命的必要條件。
大氣+溫室效應。 這些是考慮到我們當前的生活觀的其他因素。 當大氣中的氣體與恆星的輻射相互作用時，大氣層就會變暖。 對於我們所知的生命來說，大氣中熱能的守恆非常重要。 如果溫室效應太強，情況會更糟。 為了讓它“恰到好處”，你需要金髮姑娘區條件。
一個磁場。 它保護地球免受附近恆星的硬電離輻射的影響。
