论文部分内容阅读
2100年，周博士驾驶着他最新研制的飞船飞向Trappist-1。Trappist-1是一个远在40光年之外的恒星系统，其母恒星是一颗红矮星，有7颗行星，其中3颗位于宜居带（这3颗行星分别是Trappist-1e、Trappist-1f、Trappist-1g），这3颗行星上面可能存在液态水，那上面还可能有生命存在。但是受到航天技术的限制，自2017年初被确认以来，人们还从未涉足这些行星。周博士此次就是要去看看那些行星上到底有没有生命，那些生命到底长什么样。那么，像Trappist-1这样的红矮星周围真的可能有生命存在吗？如果有，那些行星上的生命将会是什么样的？
红矮星照耀下的生命家园
在寻找外星生命的过程中，人们已经意识到，在太空中找到一颗与地球一模一样的星球可能性非常小，但是如果一颗星球具备某些特定条件，比如有液态水，有适宜的温度，那么那里或许就有生命存在——科学家认为，围绕红矮星运行的行星就是其中的候选者（相关内容可参看我刊2009年第9期《宇宙中另类生命摇篮》一文）。更让人兴奋的是，在银河系中大约就有75%的恒星是红矮星，这意味着我们找到外星生命的几率还是很大的。
那么为什么科学家认为红矮星周围的行星上可能有生命呢？
和太阳一样，红矮星处于主序星阶段，但是红矮星质量要小得多，通常只有太阳质量的7%到50%。质量小意味着它们的核聚变反应较弱，其表面温度也就比太阳低得多，基本上都在4000℃以下，而太阳的表面温度在6000℃左右。正因为如此，红矮星周围的行星即使距离它比较近，行星上的温度也不会很高，就像Trappist-1。根据科学家的观测研究，他们认为Trappist-1最远的行星到母恒星的距离比水星到太阳的距离还近，但是就是在这样的距离之下，行星上却仍可能存在大量液态水。
另一方面，由于与母恒星的距离近，因此行星很可能会被潮汐锁定，始终一面朝向母恒星。潮汐锁定的好处是在行星上制造了一块位于向阳和背阴面之间的区域，在那里温度不像向阳面那样热，也不会像背阴面那样冷，紫外线也不会那么强，那里可能是生命生活的乐土。
此外，红矮星质量小，温度低，内部的氢元素核聚变速度缓慢，并且红矮星的引力也相对较小，内部的压力和温度不足以把氦聚合成更重的元素，因此它们不会像太阳那样膨胀成红巨星，而是慢慢地等到氢气耗尽。这个过程相当漫长，这就意味着红矮星可以长期稳定地存在。据估算，一颗红矮星要耗尽自身的氢需要长达数百亿年的时间，这为生命的诞生和演化提供了足够的时间。
把自己藏起来的外星植物
看来，红矮星周围的行星有可能具备存在生命的条件。而我们都清楚，在不同的星球之上，生命的形式可能是不同的，但是“适者生存”这个原则在不同的星球上应该都是适用的，因此所有的生命根据它们所生活的环境，进化出自己的特点。基于这一点，一些科学家对红矮星周围的行星上生存的生命进行了畅想。
那么，在这样的星球之上会生活着什么样的生命呢？
先来说说植物。围绕着红矮星运行的行星即使位于宜居带，行星之上适合植物生存的环境也不会像地球这样舒适。红矮星经常出现耀斑活动，几分钟之内紫外线强度会急剧升高，如果生命暴露在这样的强紫外线下，那么极有可能会被杀死。在这样的星球上，植物对阳光可谓是又爱又恨，它们不能离开阳光，但是又不能直面阳光，所以它们可能会生活在靠近背阴面，但仍有阳光照射的地方。但是这样的区域条件也非常恶劣，冷热两半球的温差会导致那里常年刮着强劲的风。而耀斑活动时，只要是阳光能照射到的地方也都会受到强烈紫外线的影响。所以为了避免被紫外线杀死和强风的袭击，那里的植物可能会在地下生长，或者長得非常低矮，就像蘑菇一样，大部分结构都藏在地下。此外，在有阳光的地方，水可能大量存在于地下，因此，在地表生长的植物可能像仙人掌那样，长着肥厚的叶片和粗壮的根系，这样它们就可以从地下吸收水分，存储起来以维持生存。
为了繁殖，那些星球上的植物可能也与地球的植物一样，需要开花结果，但不同的是，红矮星周围的行星上可能不会生活着类似地球昆虫这样的动物，所以花朵需要在共生微生物的帮助下，完成从开花到结果的过程。而植物生长的地方风很大，强劲的风会把种子吹落在母株的附近，而不是把种子吹到空中然后送到更远的地方。为了缓解生存资源竞争的问题，那里的植物中心部位可能有一个特殊的结构，这个结构就像个竹蜻蜓，能将成熟的种子带到空中，而且这个结构可能还可以感应风向，让种子随风飘得更远。
奇模怪样的外星动物
而动物不像植物那么被动，它们可以活动，可以主动去找水、找食物，所以它们的活动区域应该更广——不仅可以在向阳的一面生活，也可以在背阴的一面活动。这意味着它们可能具备了在水中生活的能力，也进化出了适合在沙漠条件下生存的特征。
为了应对向阳一面的生活，那里的动物背上可能有厚厚的壳，即使是暴露于阳光之下，这些壳也能保护它们不被强烈的紫外线灼伤，当风将碎石吹起时，也能保护自己不被击伤。但是它们的皮肤很可能是半透明的，当它们在阳光较弱的地方活动时，半透明的皮肤可以让它们获得更多的光，以确保它们吸收足够的热量。
此外，这些动物可能拥有强壮的前脚，而且还具备挖地的能力，这样它们可以从地下挖出食物，也可以挖出可以栖身的洞穴。它们的嘴可能是贴着地的，就像水族箱里的琵琶鱼一样，这样的嘴使它们能够轻松吃掉贴着地表的低矮的植物和土壤中的植物块茎。
当然，这些都还是科学家基于对地球生命的了解所展开的想象，红矮星周围的行星上是否真的有生命，那些生命是否真如科学家所想的那样，还需要更多的研究来解答。
现在，你的脑海中是否也有一幅生动的外星生命的想象图？
红矮星照耀下的生命家园
在寻找外星生命的过程中，人们已经意识到，在太空中找到一颗与地球一模一样的星球可能性非常小，但是如果一颗星球具备某些特定条件，比如有液态水，有适宜的温度，那么那里或许就有生命存在——科学家认为，围绕红矮星运行的行星就是其中的候选者（相关内容可参看我刊2009年第9期《宇宙中另类生命摇篮》一文）。更让人兴奋的是，在银河系中大约就有75%的恒星是红矮星，这意味着我们找到外星生命的几率还是很大的。
那么为什么科学家认为红矮星周围的行星上可能有生命呢？
和太阳一样，红矮星处于主序星阶段，但是红矮星质量要小得多，通常只有太阳质量的7%到50%。质量小意味着它们的核聚变反应较弱，其表面温度也就比太阳低得多，基本上都在4000℃以下，而太阳的表面温度在6000℃左右。正因为如此，红矮星周围的行星即使距离它比较近，行星上的温度也不会很高，就像Trappist-1。根据科学家的观测研究，他们认为Trappist-1最远的行星到母恒星的距离比水星到太阳的距离还近，但是就是在这样的距离之下，行星上却仍可能存在大量液态水。
另一方面，由于与母恒星的距离近，因此行星很可能会被潮汐锁定，始终一面朝向母恒星。潮汐锁定的好处是在行星上制造了一块位于向阳和背阴面之间的区域，在那里温度不像向阳面那样热，也不会像背阴面那样冷，紫外线也不会那么强，那里可能是生命生活的乐土。
此外，红矮星质量小，温度低，内部的氢元素核聚变速度缓慢，并且红矮星的引力也相对较小，内部的压力和温度不足以把氦聚合成更重的元素，因此它们不会像太阳那样膨胀成红巨星，而是慢慢地等到氢气耗尽。这个过程相当漫长，这就意味着红矮星可以长期稳定地存在。据估算，一颗红矮星要耗尽自身的氢需要长达数百亿年的时间，这为生命的诞生和演化提供了足够的时间。
把自己藏起来的外星植物
看来，红矮星周围的行星有可能具备存在生命的条件。而我们都清楚，在不同的星球之上，生命的形式可能是不同的，但是“适者生存”这个原则在不同的星球上应该都是适用的，因此所有的生命根据它们所生活的环境，进化出自己的特点。基于这一点，一些科学家对红矮星周围的行星上生存的生命进行了畅想。
那么，在这样的星球之上会生活着什么样的生命呢？
先来说说植物。围绕着红矮星运行的行星即使位于宜居带，行星之上适合植物生存的环境也不会像地球这样舒适。红矮星经常出现耀斑活动，几分钟之内紫外线强度会急剧升高，如果生命暴露在这样的强紫外线下，那么极有可能会被杀死。在这样的星球上，植物对阳光可谓是又爱又恨，它们不能离开阳光，但是又不能直面阳光，所以它们可能会生活在靠近背阴面，但仍有阳光照射的地方。但是这样的区域条件也非常恶劣，冷热两半球的温差会导致那里常年刮着强劲的风。而耀斑活动时，只要是阳光能照射到的地方也都会受到强烈紫外线的影响。所以为了避免被紫外线杀死和强风的袭击，那里的植物可能会在地下生长，或者長得非常低矮，就像蘑菇一样，大部分结构都藏在地下。此外，在有阳光的地方，水可能大量存在于地下，因此，在地表生长的植物可能像仙人掌那样，长着肥厚的叶片和粗壮的根系，这样它们就可以从地下吸收水分，存储起来以维持生存。
为了繁殖，那些星球上的植物可能也与地球的植物一样，需要开花结果，但不同的是，红矮星周围的行星上可能不会生活着类似地球昆虫这样的动物，所以花朵需要在共生微生物的帮助下，完成从开花到结果的过程。而植物生长的地方风很大，强劲的风会把种子吹落在母株的附近，而不是把种子吹到空中然后送到更远的地方。为了缓解生存资源竞争的问题，那里的植物中心部位可能有一个特殊的结构，这个结构就像个竹蜻蜓，能将成熟的种子带到空中，而且这个结构可能还可以感应风向，让种子随风飘得更远。
奇模怪样的外星动物
而动物不像植物那么被动，它们可以活动，可以主动去找水、找食物，所以它们的活动区域应该更广——不仅可以在向阳的一面生活，也可以在背阴的一面活动。这意味着它们可能具备了在水中生活的能力，也进化出了适合在沙漠条件下生存的特征。
为了应对向阳一面的生活，那里的动物背上可能有厚厚的壳，即使是暴露于阳光之下，这些壳也能保护它们不被强烈的紫外线灼伤，当风将碎石吹起时，也能保护自己不被击伤。但是它们的皮肤很可能是半透明的，当它们在阳光较弱的地方活动时，半透明的皮肤可以让它们获得更多的光，以确保它们吸收足够的热量。
此外，这些动物可能拥有强壮的前脚，而且还具备挖地的能力，这样它们可以从地下挖出食物，也可以挖出可以栖身的洞穴。它们的嘴可能是贴着地的，就像水族箱里的琵琶鱼一样，这样的嘴使它们能够轻松吃掉贴着地表的低矮的植物和土壤中的植物块茎。
当然，这些都还是科学家基于对地球生命的了解所展开的想象，红矮星周围的行星上是否真的有生命，那些生命是否真如科学家所想的那样，还需要更多的研究来解答。
现在，你的脑海中是否也有一幅生动的外星生命的想象图？