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在猶太教的逾越節家宴(Seder)中,有一個傳統是藏起一塊叫做“afikoman”的無酵餅,讓孩子們在晚些時候找到,並獲得獎勵。孩子們從這個經歷中清楚地知道,“在哪裡尋找?”這個問題比“我們到底在尋找什麼?”更為迫切。最簡單的策略是在過去找到afikoman的地方尋找。這正是天文學家在尋找外星生命時所採取的策略。他們目前的搜尋策略側重於恆星宜居帶中的岩石行星,這與迄今為止發現生命的唯一地點:地球相一致。
但是,像地球這樣的地方是尋找生命的最有可能的場所嗎?我最近和我的博士後馬納斯維·林加姆討論過這個問題,並發現了一個令人驚訝的答案。我們所知的生命化學可能蓬勃發展的最有可能的地方,也許是在被稱為棕矮星的“準恆星”的大氣層中,在那裡,液態水可能存在於雲層中微小的固體顆粒表面。
在我們的太陽系中,金星的雲層被懷疑具有可居住性已有60多年。棕矮星是質量達到木星約70倍的小天體(太陽質量的7%或稍多一點),它們無法燃燒核燃料,因此會不斷失去其內部形成的熱量,並冷卻到行星溫度。最常見的棕矮星的表面溫度與地球相似的時間,遠長於早期地球冷卻後生命發展所需的時間。
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如果棕矮星的大氣層被來自伴星的紫外線照射,生命的出現可能會加速。在這種情況下,尋找“生命afikoman”的最佳方法是什麼?我們的論文建議尋找“綠色矮星”,也就是說,那些表面溫度在自然情況下會被歸類為“棕色”,但由於生命的存在而呈現綠色的天體表面。
地球上植被的一個眾所周知的光譜特徵是反射光中的“紅邊”。植物利用光合作用來處理養分。它們的內部化學利用可見光和紫外光來分解化學鍵並消化必需的分子,同時拒絕紅外光子,因為紅外光子的能量不足以在此過程中發揮作用。因此,覆蓋著植被的地球表面,其反射率隨波長變化時會呈現出明顯的譜線邊緣。它像垃圾一樣反射紅外光,並吸收較短波長的光。擁有生命的綠色矮星的大氣層應顯示出這種光譜特徵。
因此,尋找生命可能比以前認為的要簡單。首先,人們應該尋找在宜居帶中擁有棕矮星伴星的類太陽恆星。大約一半的恆星都有伴星,而這些伴星中約有十分之一會涉及一顆可居住的棕矮星。總的來說,銀河系中應該有數十億個這樣的系統。對於這些豐富的系統中的任何一個,都應該在其伴星的光譜中尋找紅邊。由於棕矮星伴星的大小是類地行星的數十倍,因此它反射的星光應該比地球多一千倍。這將使紅邊的檢測變得容易得多。
因此,在類太陽恆星周圍尋找綠色矮星可能是我們尋找天體生物學afikoman的最佳選擇。我們最好先在這樣的“路燈下”尋找生命的鑰匙,因為在其他地方找到它將更具挑戰性。
毋庸置疑,發現外星生命會改變我們對自身在宇宙中地位的看法。但是,在不同於類地行星表面的環境中識別它,也將使我們能夠弄清楚是否只有一條通向生命的化學途徑。如果我們發現了有關太空生命化學的驚喜,我們將有動力在實驗室中生產更多的合成生命變體,這對醫學可能會產生重大益處。
在我在哈佛大學為大一新生開設的最後一節研討課上,我問學生們是否會選擇登上由友善的外星人管理的宇宙飛船,進行一次前往外星人家園的冒險之旅。大多數學生給出了肯定的回答,前提是他們可以分享自己在社交媒體上的獨特經歷,並與朋友聊天。
我沒有告訴學生的是,在外星文明中,當你的恆星死亡時,你通常會使用核反應堆來保暖,從而創造自己的宜居帶。因此,外星人的家園可能不具備我們世界的綠色之美。但也有理由希望外星人可能會朝著他們所棲居的棕矮星的綠色雲層航行。
