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金百莉·沃伦-罗兹:寻找“外星生命”

时间: 2019年06月25日 | 作者: 杨心舟 | 来源: 熊猫购彩注册_大发欢乐生肖注册(huanqiukexue.com)
除了在宇宙中探索地外文明的信号,地球上还有一群“孤独的”科学家,他们在广袤的大地上探寻“外星生命”存在的线索。


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金百莉·沃伦-罗兹


数十年来,天体生物学家都在尝试搜寻外星生命存在的证据。他们有的在漆黑的宇宙背景中搜寻地外生命可能的信号,还有人在地球上生存环境最严峻的地方寻找极端生命。而在极端环境中,每一次发现生命都意味着,我们邻近星球上类似的环境中或许也藏匿着顽强的生命体。


本刊记者 杨心舟


在《银河系漫游指南》中,地球被毁灭,男主角亚瑟 · 登特(Arthur Dent)在外星朋友的帮助下得以及时逃离,不过也一瞬间沦为了宇宙中唯一的地球人。他通过虫洞穿越,完成了最遥远的星际航行,见识到了宇宙彼岸先进的外星文明。但最后他的心愿却是回到自己的旧房子,喝上一口热气腾腾的英式红茶。即使周遭的邻居平时让他烦困不已,他仍向先进文明许愿能将地球变回来,因为他觉得自己作为唯一的地球人实在是太孤独了。


我们也许很难体会这类孤独感,毕竟我们的周围总是熙熙攘攘的人群,有时甚至会为挤不上一趟地铁而发愁。但如果将眼界放大,你或许就能感受到我们的孤独与渺小,地球对于宇宙来说只不过是沧海一粟,而相对于宇宙存在的年龄,整个人类的历史也就相当于 1 秒钟。至少从目前来讲,人类在宇宙中可能是孤独的,甚至可以说地球生命是孤独的,因为至今没有任何证据显示外星生命是存在的。但这激起了一群科学家对这种孤独感发起挑战,从上世纪 50 年代开始,天体生物学开始兴起。科学家不断向太空中发送卫星探测器,收集宇宙背景下不同寻常的信号,在地球的极端环境中寻找生命的迹象,或者将地球生命送到太空中进行测试,一切都是为了探索地外生命存在的可能性。


每当夜幕降临,抬头仰望星空时,你会发现在这漆黑又无垠的穹顶中充斥着无数星光。而在世界各地的天文台,也有许多望远镜在与你同步观测着这片星河。通常肉眼可见的恒星大部分都来自距地球不超过 1000 光年的范围,基本上就局限在银河系的一个小角落。不过,哈勃望远镜在引力透镜效应的帮助下,观测到了 90 亿光年外的蓝超巨星 LS1。


英国诺丁汉大学的天体物理学家克里斯托弗 · 孔塞利切(Christopher Conselice)曾在 2016 年的研究中估算了宇宙中的星系数量,根据他的研究数据,在可观测的宇宙部分盘踞着大约有 2 万亿个星系,而每一个平均大小的星系中大约有 1000 亿颗恒星,行星更是不计其数。面对这些数字,你也许能感受到亚瑟的那份孤独感了。许多天文学家都尝试在这茫茫的星海中,寻找适宜生命生存的行星。天文学家弗兰克 · 德雷克(Frank Drake)在 1961 年还提出过影响天体生物学进程的德雷克方程,用于判断外星文明存在的可能性。


德雷克方程涉及了许多变量,比如拥有行星的恒星的数量、位于宜居带的行星数量等。之后的 50 多年里,宇宙学家一直都在不断地对方程进行更新,比如在德雷克写下方程时,科学界还不清楚是不是所有的恒星都如同太阳一样有行星围绕,而现在已经可以确定绝大部分恒星都有行星。德雷克建立该方程的目的就是得出一个具体的数值,这个数值可以决定我们寻找地外生命是否具有意义。如果数值结果接近于 0,那么大费周章构建出太空望远镜来探索生命就是浪费时间。不过根据该方程,德雷克曾乐观地推断,银河系中存在着一些智慧生命。


最近四次的天体生物学十年评估中,美国国家研究委员会(National Research Council)都强调了寻找遥远文明电磁特征证据的相关性和重要性。而在美国加利福尼亚州的山景城,地外文明搜寻研究所(SETI,Search forExtraterrestrial Intelligence)的科学家一直为此在无垠的星际中寻找外星信号,一些科学家也称这项工作就是宇宙中“孤独的巡查者”。过去,SETI 在相关实验中检测到了一些无法解释和有趣的信号。其中最著名的是 1977 年,在俄亥俄州立无线电观测台检测到的“WOW”信号。遗憾地是,这些信号都没有被再次检测到,因此 SETI 的研究人员也无法判断这些信号是不是外星文明发射而来。对于外星信号来说,只有当它们不止一次被发现时,这些信号才有可能是可信的。


除了在宇宙中探索地外文明的信号,地球上还有一群“孤独的”科学家,他们在广袤的大地上探寻“外星生命”存在的线索,金百莉 · 沃伦 - 罗兹(Kimberley Warren-Rhodes)就是其中之一,从十几年前至今,她一直就职于美国航空航天局埃姆斯研究中心(NASA's Ames ResearchCenter),并且是 SETI 研究所的首席科学家之一。这些年,她一直都在踏足世界上生存环境最恶劣的地区——北非的撒哈拉沙漠、智利的阿塔卡马沙漠以及中国西北的大片荒漠地区,而在险峻丛生的戈壁滩中,放眼望去只有绵延无尽的黄色沙石。


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很多时候,这些区域就连当地人都不愿前往,引路的司机出发前都会反复询问金百莉“为什么要去这种地方?你管这些石头做什么?”司机往往在渺无人烟的荒漠中心将金百莉放下,就立马返回附近的补给点帮她取水,增添补给品。在白天烈日的炙烤下,荒漠和戈壁滩的温度可以达到 50 摄氏度以上。为了抵挡紫外线、隔绝炎热的大地,金百莉穿着厚厚的防晒服和沙地靴,“我感觉整个人都要燃烧起来了,血液都是沸腾的状态。”金百莉告诉我们,在这茫茫沙海中,你才能体会到什么是孤独感,整个现代社会已经与自己完全失联,徒步数千米甚至看不到任何动物、植物和生命的迹象。


但也正是这种孤独感的存在,当金百莉探寻到生命痕迹时会感到格外兴奋。她曾在新疆戈壁滩中的一块石头下,发现了一排绿色的痕迹,那是被称作最顽强生命体的蓝细菌生存的证据。在那一瞬间她终于发现,在沙漠中不再是孤身一“人”。许多年间,金百莉在中国的托克逊、若羌和索尔库沙漠都留下了自己的足迹。就像金百莉说的,你在越极端的环境下越可能有意想不到的发现,生命的顽强程度难以预测。


带着更多对天体生物学与外星生命探索的问题,《熊猫购彩注册_大发欢乐生肖注册》对金百莉进行了一次专访,这一过程中,我们了解到了更多不同寻常的外星生命研究。


《熊猫购彩注册_大发欢乐生肖注册》:你为什么选择天体生物学作为自己的研究领域?在极端环境下寻找生命体和探索外星生命有什么关系?


金百莉 :这是一个很有意思的问题,因为我曾在大学的时候学习了天体物理学,然后在我到斯坦福大学攻读博士学位的时候,我将研究方向改变成了环境生物学。之后我到访了香港和美国,还在中国的沙漠地区开展研究,遇到了许多非常有趣的研究人员,这里面就包括许多美国航空航天局(NASA)出色的科学家。因此我被邀请到 NASA参与博士后的研究工作,由于我会说中文,我开始与中国科学院的科学家一起合作,到中国西部地区开展天体生物学的相关研究。所以,准确来说,其实不是我选择了天体生物学,而是天体生物学选择了我。


在极端环境中搜寻生命可以让我们打破一些固有观念。在过去,我们一般都认为生命不可能出现在沙漠或者南北极等地区,但是现在,我们在这些地方找到了生命——主要是细菌,这就说明有些生命可以适应某些极端环境。在未来,一旦在其他行星或卫星上发现相似的环境,就间接说明这些星球可能存在外星生命。


《熊猫购彩注册_大发欢乐生肖注册》:科学家在寻找外星生命时,都会把水当做重要的因素,外星生命能否以其他分子为基础生存?


金百莉 :最重要也是最关键的原因就是,我们目前已知的所有地球生命,无论是人类、植物还是细菌都依赖水来生存,这也是为什么当下天体生物学都强调水是最基本的生存元素。而要放到宇宙中来说,目前所有关于外星生命的构造都只是推测,我们只能通过已知的生物学框架来构建线索和模型。因此,我们在寻找外星生命时,重心都是在寻找有水的行星或者卫星。


就拿我自己研究的例子来说,我曾经探访过各种极端的环境,即使这些地方非常炎热或极度寒冷,但只要有水的存在,我都能找到生命存在的痕迹。而每当一些地方严重缺水,环境十分干燥,这时想要形成生命就变得很困难。除了一些超级顽强的细菌,其他生命是没有办法在这类环境下生存的。我们不认为宇宙中只存在依赖水而生存的生命,但就目前科学的进展来说,我们必须从水出发来寻找生命。当然,你也可以放开思维,想象其他类型的生命是靠别的分子来生存的。


《熊猫购彩注册_大发欢乐生肖注册》:你在这么多年的研究中探访了哪些极端环境,地球上有没有不存在生命体的地方?


金百莉 :以我现在的经历来说,地球上没有一个地方不存在生命。我以为智利的某些区域有机会打破这一定律,但还是失败了。我曾踏足过青海和新疆的高原沙漠地区,但是仍能在一些土壤底层和岩石下方找到极微量的生命体,它们已经演化出在这种极度炙热和残酷的环境下生存的方式。


就我来看,细菌是一种非常聪明的生命体,它们极善于搜寻适合自己生存的地方。就算是地球上环境最严峻的区域,它们也能找到生存之道。在接下来的数十年中,我们肯定还会在海洋深处、极地冰盖或极深的洞穴中找到更多的生命体。中国读者比较熟悉的极端环境可能是中国西北的戈壁滩,但细菌也没有让我失望,它们会栖息在戈壁中的碎石下面,藏匿在盐颗粒中,更有甚者会隐匿在一些洞穴中与外界环境隔离开来,它们甚至都见不到阳光,获取不到能量,但还是以我们想象不到的方式存活了下来。我很有信心,细菌这样的生命体也能在其他星球的极端环境中找到可以生存的栖息地。


《熊猫购彩注册_大发欢乐生肖注册》:这些在极端环境下生存的生命有没有可能是来自外太空的陨石带来的?


金百莉 :就目前的发现来说,我们并不清楚是不是这样。因为,不同的星球的环境都是不一样的。就算是临近的火星,也与地球经历了不同的地质变迁。我们有可能就是从火星上的一块石头而来的,也可能是地球孕育出来的。这个问题我们还没有明确的答案,所以不排除是陨石给地球带来了生命,当然,这一切目前都是推测。


《熊猫购彩注册_大发欢乐生肖注册》: SETI 还有哪些研究方向?这些年有哪些科学进展促进了 SETI 的成长?


金百莉 :SETI 还有一部分研究团队一直在尝试寻找地外信号,这是 SETI 建立起来后最具历史的研究方向。一开始,他们会使用一些传统的方法,比如检测无线电、激光信号等。而现在搜寻信号的技术已经得到了更新,不止可以检测微波信号,还有许多高运算速度的计算机,我认为将来许多 AI 技术也会运用到搜寻信号的过程中来。他们会搜集一切来自地球之外的不寻常的信号,尤其是那种我们现在还不能解释的信号。


我们现在正处于一个非常棒的时代,我们已经从各种新型的望远镜中获取了海量的数据,这能帮助我们理解宇宙中的许多奇特现象。当我还是一名大学生的时候,我遇到许多宇宙学事件时都会感到不可思议,但是现在随着望远镜和计算机技术的发展,我们对新发现越来越充满期待。另外就是分子生物学的发展,对天体物理学和天体生物学有着极大的推进作用。从分子层面理解生物,可以解释生命运作的许多原理和机制,这对于搜寻地外生命是非常重要的。


《熊猫购彩注册_大发欢乐生肖注册》:到各种地方中寻找外星生命非常耗时耗力,为什么不在实验室创造一些极端环境来测试生命体的形成能力?


金百莉 :现在有一些科学家正尝试这么做,但是想要重构出生命形成的环境是非常困难的。我曾经有过这样的尝试,实验有非常多的变量需要搭配,这往往会产生无数种的组合,你光要把这些组合列举出来就不是一件简单的事。另外,在生物学研究中,不同的测试之间只能对一个变量进行改动,但是自然界是不会有这种限制的,很可能一次性就出现数百种因素的改变,包括化学分子、环境湿度、紫外线辐射。像我们在中国和美国不同地方找到的土壤,都很难完全在实验室进行重构和比较,更别说测试这些环境下的生命生长过程了,但仍有科学家在为此努力。


《熊猫购彩注册_大发欢乐生肖注册》:基于现在已有的发现,你认为火星上存在或存在过生命吗?


金百莉 :我认为火星是存在生命的,当然即使存在,这些生命应该也是在深层火星土壤中。不过通过现在的证据来看,在火星表面应该是不大有可能找到生命的,因为火星表面会受到很强的辐射,并且很干燥,温度极低,这种环境应该很难有生命可以存活下来。但即使火星表面环境很不适合生存,我也不想完全否定这种可能性。


因为很长一段时间里,我们都认为火星上从来都没有水,但是现在看来之前的想法是完全错误的。科学是一个不断进展,不断纠错的过程,我们会修正那些已有的错误数据,当然,仅凭过去的设备和技术,这些数据在当时看起来是没问题的。不说太远,就在十几年前,我认为中国、非洲和智利的很多极端环境都不会有生命存在,但现在,我已经被自己在这些地方发现的细菌所震撼。而从已有的证据来看,我觉得火星的生命肯定能够找到一种我们意想不到的方式生存,它们可能就藏匿在火星深层的土壤中。


《熊猫购彩注册_大发欢乐生肖注册》:在未来 10 年,你认为天体生物学领域可能会有什么值得关注的发现,或者你有什么期待?


金百莉 :天体生物学在很多方面其实还处于探索阶段。在未来 10 年中,我特别期待一些在太阳系的天体上探索生命的计划,尤其是对木卫二(Europa)和土卫二(Enceladus)冰下海洋的生命探索计划,还有火星上的许多探测器可能带来的新发现也是十分值得期待的,比如弄清楚火星深层土壤是否有生命。甚至,不排除在未来我们能在火星上找到远古生命的化石,尤其是在一些过去的温泉口附近。在未来 20 年,各国之间在天体生物学上的研究合作也会越来越密切,这将对外星生命探索计划有重要推进作用。


《熊猫购彩注册_大发欢乐生肖注册》:在你的想象中,外星生命是什么样的?


金百莉 :在我的想象中,外星生命可能和其他人想的并不一样。一般大家都会认为,科幻电影中的 E.T 就是外星人的形象,但我的想法会更简单。我曾在中国艾丁湖发现过许多居住在盐环境下的细菌,它们在显微镜下看起来非常美丽——亮得发红,就像一些血细胞一样。这就是我想象中外星生命的样子,这些小生命看起来会非常惊人,甚至五彩斑斓,但最重要的是,它们的生存能力会特别强,非常善于从环境中获取能量和水。


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