整理撰稿人：中科院國(guó)家科學(xué)圖書館總館空間科技團(tuán)隊(duì)

王海名（E-mail:wanghaiming@mail.las.ac.cn）、楊帆

審稿專家：中科院空間研究中心吳季研究員

1 地外生命存在的可能性

生命是自然界最迷人的奧秘之一。隨著空間科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，生命科學(xué)的研究已擴(kuò)展到對(duì)地球系統(tǒng)以外可能存在生命的探索，即通過(guò)對(duì)地外生命存在的可能性進(jìn)行評(píng)估，大致確定地外生命可能的存在形式及區(qū)域，建立起相關(guān)理論與模型，并發(fā)展和運(yùn)用相關(guān)的探測(cè)方法，進(jìn)行有的放矢地尋找地外生命及其存在的各種線索和證據(jù)[1,2]。

認(rèn)為地球之外存在生命有著很簡(jiǎn)單的事實(shí)支持——與地球性質(zhì)相似的類地行星數(shù)量眾多，甚至“超級(jí)地球”在宇宙中也普遍存在。因此，地外生命存在的可能性正逐漸被人們所接受[3]。目前對(duì)于地外生命的所有的認(rèn)知都基于地球生命，多以液態(tài)水和有機(jī)物的存在作為地外生命存在的前提條件。但一些科學(xué)家批評(píng)這種先入為主的觀點(diǎn)可能會(huì)阻礙對(duì)地外生命的探索。很多低等生命頑強(qiáng)地生存在極其惡劣的環(huán)境中。除了碳基生命外，地外生命甚至可能以硅基、氨基、氮基等生命形態(tài)存在[4]。

2 地外生命可能存在的區(qū)域

（1）太陽(yáng)系內(nèi)有可能存在生命的星球。

火星。目前對(duì)火星的研究已發(fā)現(xiàn)其存在大量地下水的證據(jù)和其他支持生命存在的跡象。“奧德賽”號(hào)、“鳳凰”號(hào)、“好奇”號(hào)等任務(wù)發(fā)現(xiàn)，火星地下存在大量水冰。越來(lái)越多的證據(jù)表明，火星上曾經(jīng)存在活動(dòng)的水系。地面望遠(yuǎn)鏡和“火星快車”任務(wù)均探測(cè)到火星大氣內(nèi)存在甲烷。甲烷是否由火星地下微生物產(chǎn)生的仍有待于進(jìn)一步探索?！傍P凰”號(hào)在著陸地點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了微生物用以新陳代謝的重要化合物——高氯酸鹽，科學(xué)家推斷著陸點(diǎn)可能適宜生命生存。

木衛(wèi)二。“伽利略”號(hào)的觀測(cè)數(shù)據(jù)證實(shí)，在木衛(wèi)二表面冰層下埋藏著大量相對(duì)溫暖的含鹽液態(tài)水，冰水之間的交換使天體表面和水之間能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的傳遞成為可能。木衛(wèi)二表面和海洋存在大量的過(guò)氧化氫，很可能成為簡(jiǎn)單生命的能量來(lái)源。新證據(jù)還表明，木衛(wèi)二表面下存在著大型淺水湖，這也使得這顆衛(wèi)星很可能適宜生命存在。

土衛(wèi)二和土衛(wèi)六?！翱ㄎ髂帷碧?hào)探測(cè)到土衛(wèi)二的冰面下存在由液態(tài)水構(gòu)成的海洋，土衛(wèi)六上現(xiàn)存的液態(tài)碳?xì)浠衔锖春秃Ｑ蟮谋砻嬗斜?，將為固液界面上的化學(xué)反應(yīng)提供可能。土衛(wèi)六底層大氣和地表的二氰乙炔可以發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，最終有可能產(chǎn)生構(gòu)成生命的模塊分子。

（2）太陽(yáng)系外可能存在生命的區(qū)域。在太陽(yáng)系外行星探測(cè)方面，自從第一顆系外行星發(fā)現(xiàn)以來(lái)的近20年中，人們已發(fā)現(xiàn)了超過(guò)800顆系外行星和3000顆左右候選系外行星。系外行星的普遍存在性和多樣性已是毋庸置疑的事實(shí)。

“宜居帶”是指圍繞在恒星周圍，水可以以液態(tài)形式存在的范圍。因此如果行星恰好落在這一范圍內(nèi)，那么它就被認(rèn)為有更大的機(jī)會(huì)擁有生命或生命可以生存的環(huán)境[5]。目前，基于“開普勒”（Kepler）和“高精度徑向速度行星搜索器”等設(shè)備的觀測(cè)結(jié)果已確認(rèn)了多顆位于宜居帶內(nèi)的行星，其中Kepler-62e被視為“迄今為止發(fā)現(xiàn)的最適合居住的行星”；恒星Gliese 667C擁有至少6顆衛(wèi)星，其中有3顆超級(jí)地球位于宜居帶內(nèi)。

合成光譜技術(shù)、誘導(dǎo)相位振幅切趾等近期開發(fā)的一系列新技術(shù)可以直接探測(cè)地外行星大氣中的“生命標(biāo)記”分子，未來(lái)有望更為快捷地回答行星能否支撐生命的問(wèn)題[6]。

3 國(guó)際地外生命探測(cè)計(jì)劃如火如荼，未來(lái)或可取得重大發(fā)現(xiàn)

基于目前的探測(cè)能力，未來(lái)尋找地外生命或生命存在證據(jù)的努力將集中在3個(gè)方向：一是在太陽(yáng)系內(nèi)尋找可能存在的生命；二是開發(fā)地基和天基望遠(yuǎn)鏡技術(shù)，以期在太陽(yáng)系外找到地外生命可能存在的環(huán)境；三是發(fā)射帶有地球信息的探測(cè)器，讓地外智慧生命借此找到我們。

（1）太陽(yáng)系內(nèi)地外生命探索計(jì)劃。截至目前，人們對(duì)太陽(yáng)系內(nèi)地外生命的探索主要集中在火星、木星系統(tǒng)和土星系統(tǒng)[7,8]。

早在1976年，“海盜”號(hào)任務(wù)就曾試圖回答火星究竟有無(wú)生命的問(wèn)題。隨后的一系列火星探測(cè)任務(wù)先后對(duì)火星的大氣、土壤以及巖石樣本進(jìn)行了研究，包括“火星探路者”、“火星全球探勘者”、“勇氣”號(hào)、“機(jī)遇”號(hào)、“火星快車”、“鳳凰”號(hào)和“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”及其搭載的“好奇”號(hào)火星車等。未來(lái)還將開展“火星生命探測(cè)計(jì)劃”、“火星采樣返回”、“火星大氣和揮發(fā)物演化”等任務(wù)，對(duì)火星進(jìn)行更為深入的生命探索。

1989年，“伽利略”號(hào)對(duì)木衛(wèi)二進(jìn)行了研究。2012年，歐空局（ESA）宣布“宇宙愿景”計(jì)劃的第一個(gè)大型任務(wù)——“木星冰月探測(cè)器”任務(wù)將揭示木衛(wèi)二、木衛(wèi)三以及木衛(wèi)四是否具有潛在的宜居環(huán)境。

“先驅(qū)者 11”號(hào)、“旅行者 1”號(hào)、“伽利略”號(hào)和“惠更斯”號(hào)均曾對(duì)土衛(wèi)六進(jìn)行過(guò)觀測(cè)。土衛(wèi)六的地質(zhì)特征和大氣與早期的地球十分相似，存在生命的可能性極大。

近年的研究表明彗星可能為早期地球帶來(lái)了水甚至生命。“深度撞擊”、“星塵”號(hào)等任務(wù)證實(shí)彗星含有生命起源的基礎(chǔ)物質(zhì)，可能滿足生命起源的原始條件。

（2）太陽(yáng)系外地外生命天文觀測(cè)計(jì)劃。

2006年發(fā)射的“對(duì)流、自轉(zhuǎn)和凌星”（CoRoT）任務(wù)是首個(gè)可以觀測(cè)到系外類地行星的探測(cè)器；美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）于2009年發(fā)射Kepler探測(cè)器，致力于發(fā)現(xiàn)銀河系內(nèi)的類地行星。

未來(lái)還將實(shí)施ESA的“地外行星表征衛(wèi)星”、“柏拉圖”（PLATO）和“地外行星表征天文臺(tái)”任務(wù)以及NASA的“空間干涉儀”和“天體生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室”任務(wù)等。目前，中國(guó)正在海拔4087米的南極冰穹A建設(shè)性能極為優(yōu)越的天文臺(tái)，建成后將為搜尋地外生命服務(wù)。

（3）地外智慧生命探索計(jì)劃。地外的智慧生命可能像地球人類一樣，也在努力尋找外部生命?；谶@一點(diǎn)，除了向宇宙特定區(qū)域發(fā)送包含地球信息的射電信號(hào)之外，NASA還先后發(fā)射了先驅(qū)者號(hào)和旅行者號(hào)飛船，以期被地外智慧生命發(fā)現(xiàn)?！八褜さ赝庵腔凵庇?jì)劃致力于通過(guò)分析射電望遠(yuǎn)鏡采集到的電磁波中的規(guī)律的信號(hào)來(lái)發(fā)現(xiàn)地外智慧生命[9]。

探索地外生命，有助于人類更深刻地認(rèn)識(shí)自己在宇宙中的“地位”。正在開展和即將實(shí)施的若干國(guó)際探測(cè)計(jì)劃，有可能在不久的將來(lái)在地球系統(tǒng)以外發(fā)現(xiàn)生命或生命存在的證據(jù)，這將是人類對(duì)客觀世界和自身認(rèn)識(shí)的重大突破，極大拓展人類對(duì)生命現(xiàn)象及其規(guī)律的認(rèn)識(shí)，也必然會(huì)為揭示包括人類在內(nèi)的所有地球生命的演化奧秘和未來(lái)走向帶來(lái)重要啟示。

1 中國(guó)科學(xué)院.科技發(fā)展新態(tài)勢(shì)與面向2020年的戰(zhàn)略選擇.北京：科學(xué)出版社，2013，167-168.

2 Chyba C F,Hand K P.Astrobiology:The study of the living universe.Annual Review ofAstronomy and Astrophysics,2005,43,31-74.

3 Mix L J,Armstrong J C,MandellAM et al.The astrobiology primer:An outline of general knowledge-Version 1,2006.Astrobiology,2006,6(5):735-813.

4 Des Marais D J,Walter M R.Astrobiology:Exploring the origins,evolution,and distribution of life in the Universe.Annual Review of Ecology and Systematics,1999,30,397-420.

5 Kopparapu R K,Ramirez R,Kasting J F et al.Habitable Zones around Main-sequence Stars:New Estimates.The Astrophysical Journal,2013,765（2）：131.

6 Snellen IAG,Kok R J d,Poole R l et al.Finding Extraterrestrial Life Using Ground-based High-dispersion Spectroscopy.TheAstrophysical Journal,2013,764（2）：182.

7 劉承憲.21世紀(jì)空間生命科學(xué)和空間生物技術(shù)發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn).空間科學(xué)學(xué)報(bào)，2000，S1：37-47.

8 任維，魏金河.空間生命科學(xué)發(fā)展的回顧、動(dòng)態(tài)和展望.空間科學(xué)學(xué)報(bào)，2000，S1：48-55.

9 向世民,黃定華,高舉等.尋找地外生命的進(jìn)展與前景.地質(zhì)科技情報(bào)，2009，06：128-135.