在2021年春季我在哈佛大學為新生開設的研討會上，我提到離太陽最近的恆星比鄰星主要發射紅外輻射，並且有一顆行星比鄰星b，位於其周圍的宜居帶中。為了給學生們一個挑戰，我問道：“假設比鄰星b的表面有生物在爬行。它們對紅外線敏感的眼睛會是什麼樣子？”班上最聰明的學生在幾秒鐘內回應了一張螳螂蝦的圖片，它擁有紅外視覺。這種蝦的眼睛看起來像兩個乒乓球，用繩子連線到它的頭部。“它看起來像個外星人，”她低語道。
當試圖想象我們從未見過的東西時，我們常常會預設我們已經見過的東西。因此，在我們尋找外星生命的過程中，我們通常都在尋找我們所知的生命。但是，是否有擴充套件我們想象力以至我們未知生命的途徑呢？
在物理學中，一個類似的路徑在一個世紀前就已經建立，並且在許多情況下都被證明是成功的。它包括進行實驗室實驗，揭示物理學的基本定律，而這些定律適用於整個宇宙。例如，大約在1932年詹姆斯·查德威克在實驗室中發現中子的同時，列夫·朗道提出可能存在由中子構成的恆星。天文學家隨後意識到，事實上，僅在我們的銀河系中就有大約1億顆中子星——在可觀測宇宙中更是有十億倍之多。最近，雷射干涉引力波天文臺（LIGO）實驗探測到了來自宇宙距離中子星碰撞的引力波訊號。現在人們認為，這種碰撞產生了珍貴的黃金，這些黃金被鍛造成結婚戒指。這個故事的寓意是，物理學家能夠想象宇宙中新的事物，並透過從地球實驗室實驗中獲得的見解在天空中尋找它。
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對外星生命的尋找可以遵循類似的方法。透過在實驗室中以各種方式從化學物質湯中創造合成生命，我們或許能夠想象生命可能以不同於地球上的方式發生的新環境。這種情況類似於編寫一本食譜書，其中包含烘烤不同型別蛋糕的處方。為了編寫一本豐富的食譜書，我們需要嘗試多種型別的化學物質。而且，正如我在與馬納斯維·林加姆合寫的一篇論文中指出的那樣，這種實驗可能會使用水以外的流體，而水被認為是我們所知生命所必需的。
我的哈佛同事之一，諾貝爾獎得主傑克·索斯塔克，正在他的實驗室裡接近創造合成生命。任何單一配方的成功都可能暗示出可以產生多種結果的變體，這些變體將被組裝到我們的合成生命食譜書中。透過從我們的實驗室實驗中識別出合適的環境條件，我們可以像中子星的情況一樣，稍後在天空中尋找它們實現的真實系統。
在遵循這種方法時，我們應該像利用核能一樣小心。在我們的實驗室中創造人工生命變體帶來了造成環境災難的風險，正如弗蘭肯斯坦的故事所想象的那樣。這種實驗必須在隔離的環境中進行，這樣我們未知的生命的意外事故就不會危及我們已知的生命。
雖然可以遠端探索行星和小行星表面以尋找生物特徵，但外星生命可能最豐富地存在於地表之下。不僅在土星的土衛二和木星的木衛二等衛星內部，而且在星際空間中的自由漂浮物體內部，都可能存在宜居條件。在與林加姆的另一項研究中，我們表明，攜帶生命的物體的數量可能比恆星周圍宜居帶中岩石行星的數量多出許多數量級。
正如地球上的極端微生物所例證的那樣，生命對極端環境的適應可能採取奇異的形式。例如，最近發現冷凍的微觀動物在西伯利亞永久凍土中存活了24000年，並且發現微生物生命在海底以下1億年仍然存在。這些微生物誕生於溫暖的白堊紀時期，當時恐龍統治著地球。
在太陽系中，最接近地球的條件是在其最近的鄰居金星和火星上實現的。美國國家航空航天局（NASA）已選擇兩項新的任務來研究金星，其毅力號探測器正在火星上尋找生命痕跡。如果發現外星生命，關鍵的後續問題是它是否是我們所知的生命。如果不是，我們將意識到自然生命存在多種化學途徑。但是，如果我們發現火星或金星生命類似於地球生命的證據，那麼這可能表明對我們所知生命的特殊偏好。或者，生命可能是透過被稱為泛種論的過程在行星之間旅行的岩石運輸而來的。我的學生阿米爾·西拉傑和我寫了一篇論文，表明生命的轉移可能是由掠星小行星介導的。我們還應該記住非常遙遠的可能性，即生命是由“外星園丁”在內太陽系中播種的，即透過“定向泛種論”。
我最生動的童年記憶是晚餐時的談話，房間裡的成年人假裝比他們實際知道的要多得多。這無疑是他們為了改善自己的形象而戴上的“知識化妝”。如果我問了一個這些假裝者沒有現成答案的問題，他們就會將其斥為無關緊要。我作為一位資深科學家的經歷沒有什麼不同，尤其是在提出問題時：“我們是宇宙中最聰明的孩子嗎？”
科學提供了保持我們童年好奇心的特權。透過實驗推進科學知識是無法阻止的。希望我們能找到人工生命的配方，這將使我們能夠想象出比我們迄今為止遇到的自然生命更智慧的東西。這將是一次令人謙卑的經歷。但是，即使我們沒有在實驗室中發現這種至高無上的智慧，它的副產品也可能只是作為從銀河系遙遠鄰域寄出的郵件出現在我們的天空中。我們將透過我們在2021年啟動的伽利略計劃的望遠鏡來尋找它。”
這是一篇觀點和分析文章；作者或作者表達的觀點不一定代表《大眾科學》的觀點。