近日，美國有線電視新聞網報道，最新發現顯示，金星濃厚的酸性雲層中包含有「在地球上意味著生命的瓦斯——磷化氫」，而在金星大氣中也發現了另一種特殊瓦斯成分——氨。磷化氫和氨都被認為是系外行星的生命標誌物，這一發現引發了人們對金星上是否存在生命的猜測。
那麽，我們在宇宙中是孤獨的嗎？
以下內容節選自【天文終極之問：我們是誰，我們從何而來，終將去到哪裏】，較原文有刪節修改。文中所用插圖均來自該書。已獲得出版社授權刊發。
【天文終極之問：我們是誰，我們從何而來，終將去到哪裏】，［美］尼爾·德格拉斯·泰森 ［美］詹姆士·特賴菲爾 著，符磊 胡方浩 王科超 譯，江蘇鳳凰科學技術出版社2023年7月版。
任何一個人想要回答「生命是什麽」和「我們是孤獨的嗎」這樣的問題時，都會不可避免地受到自身知識的限制：我們迄今已知或研究過的唯一一大類生命只存在於地球上。但是，系外行星上的生命可能在外觀和功能上都不同於以往所觀察到的任何東西，為了繼續在那裏尋找生命，我們需要承認自己有短視的傾向。
很久以前，在DNA測序和其他生物技術出現之前，我們曾將生命分為兩類：植物和動物。但我們後來了解到，在這個星球上，單細胞和多細胞生物的多樣性令人嘆為觀止。盡管如此，地球上所有已知的生命形式，包括動物、植物、原生生物、真菌、古菌和細菌，都有一個共同的基本化學結構，即它們都是以碳原子為骨架進行建構的。因此，可以理解的是，人們認為所有的生物都必須以這種方式構造——所有的生命都是碳基的，就像我們這個世界上的生命形式一樣。
在好萊塢科幻題材的電影中，外星人通常都以類人形狀出現，這展示了一種自我偏愛的傾向。為什麽外星人非要像人類一樣有牙齒、肩膀和手指呢？更進一步，為什麽外星人看起來非要像地球上的植物或動物呢？如果宇宙中的外星人與我們的差異甚至比我們與大腸桿菌的差異更大，那麽地外生命究竟會是什麽樣子呢？
我們是孤獨的嗎？人的天性驅使我們仰望和思考。
兩種與我們不一樣的生命發展途徑
下面讓我們一起探索兩種與我們不一樣的生命發展途徑。
生命可能以其他原子而非碳原子為基礎架構。其中一個很受科幻小說家歡迎的例子是矽基生命。
矽是一種很有吸重力的碳的替代品，因為它的電子結構與碳相似。
在元素周期表上，它位於碳的正下方，所以它也可以與4個不同的原子透過化學鍵結合，這是構建像DNA這樣的復雜分子的有用性質。但是矽鍵往往比碳鍵更強，這使得矽不太可能形成復雜的分子，因此也就不可能形成復雜的生命。
與我們所知不同的第二種生命發展途徑是，生命可能出現在並非由水構成的液體環境裏。我們至少知道有一個地方存在不是由水構成的湖泊，那就是土星最大的衛星土衛六，它是太陽系中已知的唯一一個表面有流動液體的星球。如前所述，在土衛六表面零下180攝氏度的環境中，液態甲烷和乙烷構成的湖泊延伸至它的兩極。相比之下，地球上記錄的最冷溫度（在南極洲測得）是零下89攝氏度。
與土衛六極端低溫的環境截然相反，我們也可以暢想一個表面布滿熔巖的系外行星，那裏的生命在灼熱的熔爐中蓬勃發展。我們只是不知道在這樣的極端高溫下會發生什麽復雜的化學反應，在那裏可能會有完全意想不到的東西等待我們去發現。
系外行星巨蟹座55e的藝術圖。它的軌域離其母恒星非常近，並被潮汐釘選，因此，整個朝向母恒星的表面很可能布滿沸騰的巖漿。
到目前為止，我們只考慮了基於化學反應的生命，我們稱之為化學偏愛。然而，富有想象力的科學家們已經推測了完全不同的生命形式所具有的復雜結構，例如電場和磁場之間的交互作用，或者星際雲中的塵埃顆粒之間的靜電作用力。這種形式的生命將會是什麽樣呢？如果我們甚至能用遲鈍的人類感官感知到它們，可能除了最開放的思想者，其他人都無法理解吧。
宇宙中數不清的系外行星上令人驚訝的生命可能模式的範圍，為我們提供了一個令人信服的證據：生命，無論智慧與否，並不是地球所獨有的，也不可能不出現在其他地方，盡管地球上的生命形式誕生於一系列不太可能發生的、罕見的事件中。
毫無疑問，我們人類不喜歡認為自己是孤獨的。很早以前，我們就在天空中安排了眾生——神、魔鬼、外星人……我們的想象力是無限的。
太陽作為潛在生命家園的光彩逐漸褪去
直到20世紀，我們才掌握了用科學去檢驗我們對其他生命看法的技術。在18世紀，一些天文學家認為太陽可能孕育了碳基生命。當然這些生命不生活在太陽熾熱的表面，而是生活在他們認為一定存在的太陽的固體內部。有些人甚至想象，如果你把望遠鏡對準正確的方向，你可以透過太陽黑子看到下面有人居住的村莊。畢竟，那時我們還沒有掌握或理解熱力學這個物理學的分支。熱力學告訴我們，沸騰的外部產生的熱量會蒸發掉內部的任何一個村莊。
隨著時間的推移，太陽作為潛在生命家園的光彩逐漸褪去，但其他奇怪的想法又冒了出來。例如在1837年，英國人湯瑪斯·迪克（Thomas Dick）出版了一本標題誇大其詞的書籍：【天國風景】或者說【行星系統展現的奇跡，詮釋神的完美和世界的多元化】。在這本書中，他宣稱我們可以找到生活在土星環上的人類。
在1901年赫伯特·喬治·威爾斯（Herbert George Wells）所著的小說【最先登上月球的人】（The First Menin the Moon）和這部1964年的同名電影中，人類在月球地表下遇到了像昆蟲一樣的月球人。
到20世紀初，很多人仍然相信月球、火星和金星上有生命存在。例如，1901年，因其早期作品【世界大戰】（War of the Worlds）而聞名的作家威爾斯，講述了一名英國紳士前往月球尋找可呼吸的大氣並遇到一個被他稱為硒人（Selenites）的種族的故事。當美國著名天文學家帕西瓦爾·洛厄爾（Percival Lowell）開始出版有關他對火星的觀測的書籍時，這種信念獲得了一種權威的加持。洛厄爾把這顆紅色星球想象成一個瀕臨滅亡的文明的家園，運河網路把水從兩極運送到赤道——這是關於火星生命的又一個失落的想法。
今天我們知道，在像木衛二這樣的衛星的地下海洋中最有可能找到生命（很有可能是微生物），火星表面下的含水層中也蘊藏著微弱的希望。
研究生命的科學家必須在該領域特有的障礙下工作。在公開場合，我們贊美地球的生物多樣性，但在私下裏，我們感嘆這一切都可以追溯到一個單一的起源，一個生命的單一例子。
太陽系中有100多個球形天體可與地球進行比較和對比，地球只是其中一員。順便說一句，這就是為什麽地質學系在我們的大學中變得如此罕見——它們已經演變成了行星科學部門。
然而，生物學家卻沒有這樣奢侈的條件。地球上的每一種生物都由DNA分子控制同樣的化學運作方式，這清楚地表明我們都是由數十億年前地球海洋中出現的一個原始祖細胞演化而來的。
為什麽這一點很重要？想象一下，假如你見過的唯一一種水生生物是金魚，那麽你便會理所當然地認為所有的水生生物都是橙色的脊椎動物，喜歡淡水，以植物和昆蟲為食。想象一下，有一天你第一次去海灘，看到了一只大白鯊，然後發現了一只水母，然後又偶遇一只螃蟹。你所知道的關於水生生物的一切都需要重新評估，海洋生物學和淡水生物學才會逐漸興起。
由加州地外文明探索（SETI）研究所運作的艾倫望遠鏡陣（ATA）持續地開展巡天觀測，以尋找太陽系以外智慧生命的跡象。
我們對生命的看法會發生怎樣的變化？
如果我們發現了其他生命形式，我們對生命的看法會發生怎樣的變化？
首先，地球上所有的生命都涉及碳原子在液態水環境中結合的化學過程。正如我們將在本章的其余部份看到的那樣，幾乎所有關於地外生命的思考都假定我們在外星發現的一切生命都具備這一特征。這就是前面提到的從金魚得來的觀點。
對於從未見過其他水生生物的人來說，想象地外生命就基於一條金魚。他們也授權以想象出生命是如何在水中生存的，但想象並尋找一只蝦、一種珊瑚或一頭50噸重的柯吉拉需要更多的資訊、時間，尤其是想象力。人類在缺乏資訊的情況下，就很容易產生偏見或者偏愛的情感了。在其他地方發現生命可能會（也可能不會）迫使我們放棄這些偏見的源頭。
·碳偏好：生命必須依賴碳原子嗎？無論是科幻作家還是嚴肅的科學家，都曾思考過以矽等其他原子為基礎的生命。
·水偏好：水是唯一能夠支持生命形成過程的流體嗎？氨和液態甲烷是其他可能性的代表，還有化學家將硫化氫列入候選名單，我們有時在熱水池周圍聞到的臭雞蛋味就源自這種瓦斯。
·地表偏好：生命只能在行星的表面演化嗎？在太陽系的許多地方，比如木星和土星的衛星上，大多數液態水不是在地表而是在地下的海洋中。並且，生命能否可以完全在氣態巨行星的大氣中演化並繁榮起來呢？
·恒星偏好：生命只能在環繞恒星的行星上發展嗎？畢竟，計算表明，比起圍繞恒星執行的行星，可能在銀河系中和銀河系之外遊蕩的所謂的流浪行星數量更多。生命可以不依靠恒星這一能量來源而發展嗎？行星內部的放射性熱量能代替陽光嗎？
·化學偏好：我們必須要問一下，生命是否必須以化學為基礎？如果生命需要能量流，一些理論計算表明，電場和磁場的交互作用可能會發展出生命系統通常所具有的復雜程度。
順理成章的是，質疑每一種偏好都會開啟新的、越來越不可思議的生命模式。你想從哪裏開始嘗試呢？
早期的地球表面火山噴湧、毫無生機，經常受到彗星和流星的撞擊，這些彗星和流星從太陽系的其他地方帶來了生命的基本成分。
如果你打算實施一個大型搜尋計畫，那麽準確地知道你在尋找什麽是很有幫助的。
人們經常把尋找地外生命和尋找地外文明混為一談，因此，讓我們先從一項思想實驗開始。在地球歷史的不同時期，外星訪客會如何看待我們的星球？
在最初的5億年裏，地球是一個飄浮在太空中的炙熱、沒有空氣的球體，不存在生命，更不用說智慧生命了。
在接下來的30多億年裏，地球將是一個漂浮著綠色黏液的世界。漂浮著的相對簡單的微生物從陽光中獲取能量。這個世界存在生命，但它們顯然還不具備我們所說的智慧。
在過去幾億年中的某個時候，外星訪客會發現更復雜的生命形式。至於它們何時才能跨越智慧生命這一門檻，取決於你認為什麽是智慧生命：是蠕蟲、魚？還是恐龍、靈長類動物或者貓？
地外社會學需要綜合考慮來自整個銀河系的智慧生命形式，【星際大戰】中的宇宙酒吧是地外社會學的一個完美案例。
與其迷失在關於智慧定義的模糊辯論中，不如看看迄今為止我們是如何在系外行星上尋找生命的，並將其與我們尋找智慧生命的方式進行比較。
我們基本上是用光譜學來尋找天體生物學家所謂的生物征跡，即生物有機體在行星大氣中產生的那些分子。這些分子包括來自光合作用的氧氣和厭氧微生物產生的甲烷。但這種方法有一個問題：這些分子也可以透過標準的化學和礦物學過程產生。例如我們知道，來自太陽的紫外線可以分解大氣中的水分子，在無須生命參與的情況下產生氧氣分子。目前，我們探測宇宙中智慧生命的唯一方法是尋找從系外行星上有意或無意發出的電磁訊號，但這意味著我們將智慧生命定義為具有建造射電望遠鏡的能力。這也意味著，如果使用我們自己對智慧生命的定義，那麽從200萬年前能人（Homo habilis）生存的時代一直到19世紀這段漫長的人類歷史，將不能被外星觀察者看到。多細胞生物或者說復雜生命出現在大約10億年前，據此計算，被定義為具備發射無線電訊號能力的智慧生命在地球復雜生命的歷史中只占很小的一部份——大約0.00001%。
疊層石是由原始微生物所建造的一種生物沈積結構，圖中展示的是位於澳洲的疊層石。雖然它們現在很少見，但建造它們的微生物在35億年前曾是地球上最主要的生命形式。
以我們掌握的有限數據為基礎，假設地球之外沒有智慧生命，這公平嗎？
盡管我們已經向火星發射了一批探測器，並讓它們漫遊在火星表面收集數據，但是科學家們仍在爭論火星上是否存在微生物。換句話說，根據我們現在所知道的，我們生活的星系可能包含許多漂浮著綠色黏液的行星，其中也許有一些行星上生活著恐龍，但沒有一顆行星向我們發送無線電訊號，或者至少是任何我們可以探測到的訊號。
原文作者/美］尼爾·德格拉斯·泰森 ［美］詹姆士·特賴菲爾
摘編/何也
編輯/張進
導語校對/楊利
