先聊一部小说和热门电影《挽救计划》。



故事设定在不远的未来：太阳正在变暗，一开始没人知道原因。
在地球上，过去几十年间，人类寻找外星生命的脚步从未停下。
上世纪 90 年代中期，人类首次在遥远恒星周围发现 "类地行星"。
2000 年代，系外行星接二连三被发现；到今天，我们已经确认了 5000 多颗系外行星。



像我这样的科学记者，曾经把这些早期发现登上报纸头版。从恒星微弱的亮度变化，我们推断出这些遥远世界的存在，猜想那里或许藏着遥远文明。
我们最关心的，是那些体积较小的岩质行星，尤其是处在所谓 "宜居带"（金凤花带）里的天体：温度不高不低，液态水可以稳定存在。
这些星球和地球相似，我们一度认为，生命就有可能在这里诞生。
但《挽救计划》里，人们最终找到了太阳变暗的元凶 —— 一种微小生物，书里叫它 "噬光体"，以太阳自身能量为生。
它根本不在宜居带里，生存环境和地球截然不同。



主角是一名科学家，他博士论文里有一个章节标题就写着：宜居带是给傻瓜准备的。
这就是今天要聊的核心：外星生命真正的生存边界到底是什么？
我们该如何寻找它们？
会不会我们的搜寻思路，一直局限得太狭隘了？
今天的两位嘉宾：威斯敏斯特大学天体生物学家刘易斯・达特内尔，以及麻省理工学院天体物理学家、行星科学家萨拉・西格尔，她也是回忆录《宇宙中最微弱的光》的作者。



刘易斯研究极端微生物 —— 那些曾经被认为根本不可能存活的环境里，依然能够生存的生物，他还参与规划火星生命探测任务。
萨拉牵头多项探测任务，其中就包括金星探测。
金星地表温度高达 500 摄氏度，还会下硫酸雨，但她认为，金星上层云层里或许存在生命。
可以说，这项金星探测任务的主旨，几乎就是 "宜居带是给傻瓜准备的"。



二、外星人到底存不存在？第一个问题：刘易斯，外星人存在吗？
刘易斯：存在。
我选择的职业就是天体生物学，我肯定押这一边。
而且我相信，在我退休之前，我们就能找到地外生命存在的证据。
萨拉： 和他不一样，从科学角度来说，我们目前还无法确定。
但我和他，还有许许多多同行，都在努力寻找答案。



我们在恒星之间的星际空间、带回地球的陨石、太阳系内的行星上，到处都能找到构成生命的基础物质。
所以有理由相信，宇宙中大概率存在生命。
既然我们到处都能找到生命原料，那生命到底是什么？生命需要什么？
萨拉： 对天文学家来说，我们更关注生命会做什么，而不是它到底是什么。
人类要进食、呼吸；生命会进行新陈代谢。



我们有一个假设：宇宙里的生命，至少一部分生命，会像地球生命一样依靠化学反应获取、储存和释放能量。
我们还希望，就像地球这样，生命活动会产生化学副产物。
我们寻找的，就是能证明新陈代谢存在的化学信号。
刘易斯： 本质上来说，生命系统首先要有一套 "自我说明书"，一套指导自身运转的信息编码。
同时它还要能从环境中获取能量，维持自身运转，还要能合成基础构件，用来复制、分裂出新个体。



地球生命用来完成这些功能的化学机制，依靠结构极其复杂的大分子：比如 DNA 这种可以储存、传递数字信息的长链聚合物。
还有酶，也就是大分子蛋白质，用来加快化学反应速率。
所以我们在其他行星上寻找生命时，本质上是寻找生命具备的功能：能够储存信息、催化化学反应，或是留下这类活动的痕迹。
我们不一定非要找到 DNA 或者蛋白质本身。
但这些东西都太复杂了，现阶段，我们的目标没有这么高。
先找结构足够复杂的有机分子就行 —— 复杂到很难单纯靠自然地质过程自发形成。



什么是有机分子？
简单来说，就是含有碳的分子，分子骨架依靠碳原子互相连接搭建。
也有人讨论过非碳基生命的可能性，比如硅基生命。
但硅基生命大概率很难存在，因为硅的化学活性远不如碳。
硅特别容易和氧结合，氧化硅就是构成岩石、矿物的主要成分。
既然生命很难从环境里提取硅，那生命为什么会选择硅作为基础？
我们是碳基生命，依赖水。



过去我们基于地球样本，做出科学推断：生命大概率是碳基、需要水。
但这里有一个很明显的质疑：我们是不是只凭地球这一个样本，过度外推了？
地球上硅的含量其实比碳更高。地球生命不选择硅，并不是因为硅不够多。
碳的优势，是可以搭建出长长的、灵活多变的分子链，这些分子可以变成酶、驱动化学反应。



作为天体生物学家，我们要走一条钢丝：一方面，不能只寻找和地球生命一模一样的生命，承认外星生命可能完全不同。
另一方面，也不能放飞幻想，脱离科学根基，要扎根在我们已知、可预测、可检验的规律里。
所以我们优先寻找碳基有机生命。
但 "必须有水" 这一点，就开放得多了 —— 生命有可能是碳基，但不一定以水为溶剂。
或许存在别的生物溶剂，用来承载复杂化学反应，维持生命的分子机器运转。



三、金星：500 度高温下，云层里真有生命？顺着这个思路，金星就是一个绝佳例子。
萨拉总把金星叫作被冷落的 "行星姐妹"。
这种被忽视的角色，有时候反而藏着惊人的秘密，只是没人关注它。
金星非常奇妙。
很多人在课本上学过：金星地表完全不适合生命，温度极高。
但和地球一样，海拔越高，温度越低。
在距离地表 50 公里的高空云层里，温度刚好适合生命生存。



这里有液态环境，还能接收太阳能。
早在半个多世纪前，卡尔・萨根就提出猜想：或许金星云层里存在生命，只是简单原始的生命，漂浮在液态云滴之中。
听起来很不错，直到我告诉大家：金星的云不是水云，是高浓度硫酸云。
腐蚀性极强，能烧穿衣服、灼伤皮肤，地球上所有生命碰到它都会被摧毁。
这个难题，几十年里一直摆在科学家面前。
后来，那次磷化氢的发现，重新点燃了大家的兴趣。
磷化氢是一种很被看重的生命信号。



知道它的人不多，在地球上非常少见。
地球上的磷化氢几乎只能由生命产生：要么是人工制成的农药，要么是无氧环境里的细菌合成。
英国的简・格里夫斯教授，一直想在金星上找到生命信号。
我的团队当时在研究磷化氢能不能作为系外行星的生命信号，她专门想用磷化氢寻找金星生命。
后来两个团队合作，发表了论文，宣布在金星大气中检测到磷化氢。
我们排查了所有可能生成磷化氢的非生物途径。
就像地球一样，金星环境里本不该自然出现磷化氢。
我们研究了火山、陨石、闪电等各种可能性，都解释不了观测到的磷化氢含量。
所以我们提出猜想：既然已知的化学机制都没法解释，那一种可能性就是 —— 金星云层里的生命制造了磷化氢。
不过这个结论争议极大，原因很多。



刘易斯把话题拓宽：地球上云层里其实也有生命，但它们只是临时待在那里，从海洋、陆地被吹到高空，在云层里短暂停留，过段时间又落回地面。
地球的云不是绿色的，没有被生命大规模占领，很大原因就是这些生命终究会沉降下来。
所以金星生命最大的难题，不只是强酸性环境，还有一个：能不能形成一个完全脱离地表、独立运转的生物圈？
生命没法往返金星地表，只要往下沉到一定深度，高温就会直接杀死它们。
萨拉准备了几个思路。
金星的云层和地球不一样，地球云层是零散的，金星的云层包裹整颗行星，持续存在，而且厚度巨大。
金星上的雨根本落不到地表，雨滴在云层下方就蒸发了。
有一个猜想：如果硫酸液滴蒸发，里面假设存在的生命会失去大部分质量，不会继续下沉，可以悬浮在空中，就像地球的孢子，能休眠几百万年，等待合适条件复苏。
云层下方还有一层性质不明的霾层，生命随 "雨" 沉降到这里之后，有可能一直悬浮，直到气流重新把它们带回高空。
但最大的不确定性就是：生命能不能永久生活在云层里？
化学层面的可能性是存在的，但这个问题还没有答案。
换个角度想：我们是固守传统理论，还是直接飞向金星，亲眼去看一看？
首个金星探测任务规模不大，是一个探测器。它会高速冲入金星大气，依靠大气阻力减速。
探测器上只有一台仪器，发射激光穿过窗口，寻找自发荧光信号，用来判断有没有有机分子。
同时还会测量后向散射偏振，确认云滴的成分是不是我们猜想的硫酸。
四、地球生命的 "生存超人"，能给火星什么启发？刘易斯研究的极端微生物，堪称生命界的 "生存超人"。
它们可以耐受，甚至主动偏好极端恶劣的环境，那些环境会瞬间杀死人类。
研究这些微生物，能告诉我们一件很重要的事：地球生命的生存极限在哪里，我们生物圈的边界在哪。
由此我们就能推断，其他星球上，哪些环境有可能适合生命生存。
如今的火星地表适合生命吗？
还是 30 亿年前，地球和火星都还年轻原始的时候？或是木卫二、土卫二冰层之下的海洋？
这些木星、土星的卫星冰下海洋，会不会是宜居环境？
欧洲空间局 ESA 有一个非常激动人心的任务，大概一两年内就要发射：ExoMars 火星车。
在此之前，NASA 的火星探测器钻头很短，大概只有小指那么长，只能在岩石表面浅浅取样分析。
ExoMars 可以钻到地下 2 米深，这个深度很可观。
我们希望从地下取出火星土壤 —— 地下环境可以避开地表辐射，更好地保存生命痕迹。
然后对样本仔细分析，不只是寻找生命基础构件，更希望找到生物标志物，找到生命存在的确凿证据。
五、系外行星太远，我们真的能找到答案吗？把视线放到太阳系之外。
曾经有一段时间，几乎每天都有新的系外行星被发现。
我们会说：这颗行星位于宜居带，是类地行星。
但它距离我们 100 光年、200 光年，我们永远没办法抵达那里。
我们能不能得到最终答案还不好说，但搜寻一直在进行。
我们能拿到的，最多也只是生命信号，这也是为什么我们叫它 "生物标志物"，而不是直接叫 "找到生命"。
系外行星的难题更棘手：它们太远了，我们没法发射探测器抵达，看不到地表，也不清楚内部结构。
在望远镜里，它们甚至只是一个微弱光点，有时连光点都分辨不出来。
我们只能依靠遥感观测，分析光谱，读取行星大气里的气体成分。
运气好的话，可以一次性测出多种气体。
然后依靠计算机模型、化学和物理定律，拼凑出大气的情况。
"拼凑" 这个词本身就说明，结果很难百分百确定。
我们寻找的，是不该存在的气体：这些气体和大气整体环境处于不平衡状态。
就像地球的氧气，化学性质活泼，如果没有持续的生产源，根本不可能稳定存在。
地球上的生命持续向大气释放氧气，所以氧气才能一直存在。
但这里有一大堆难题：第一，任何一种你想到的生命气体，都能找到非生物的解释。
我们对这些行星了解太少，备选的地质解释非常多。
第二，恒星本身会带来干扰，比如太阳黑子、恒星耀斑，都会污染观测数据。
刘易斯开玩笑说：有句玩笑话，有人出钱让你去找东西，千万别太快找到。
这就是天体生物学界的巨大阴谋。
六、我们该不该主动给外星人发消息？如果暂时找不到外星生命，还有另一种思路。
2018 年，巴塞罗那声呐音乐节做了一件很特别的事：他们把发射天线对准一颗位于宜居带的岩质系外行星，向它播放让 - 米歇尔・雅尔的乐曲。
主办方或许没有意识到，他们卷入了一场激烈争论。
长久以来有 SETI 计划，也就是搜寻地外文明计划：被动监听宇宙信号，不是寻找生物标志物，而是寻找高等文明主动发来的信息。
还有一个相反的方案：METI，主动向外星文明发送信息。
为什么不主动打个招呼？
有人觉得，或许我们能得到外星高等文明的指点。
但霍金生前就警告过：高等文明和低等文明相遇，吃亏的往往是弱小的一方。
搞不好我们会变成别人的猎物。
有一种观点：我们不该向全银河系宣告自己的位置。
这个比喻很经典：你走在黑暗森林里，最好保持安静，不要大喊大叫，免得引来猛兽。
这个想法在科幻作品里很受欢迎，《三体》就是典型。
但刘易斯觉得这个逻辑有漏洞：就算我们不主动喊话，高等文明如果有探测技术，早就发现我们了。
地球作为一颗有生命的行星，已经存在几十亿年了。但到目前为止，我们没有证据证明有外星文明造访地球。
两种可能性同样让人细思极恐：要么宇宙里根本没有别的生命。
要么宇宙里有大量宜居行星，生命遍地都是，我们只是其中普通一员，没有特别到被外星文明盯上。
但激动人心的是，我们正处在转折点。
下一代空间望远镜，不只是发现环绕其他恒星的类地行星，还能分析行星大气：看看有没有氧气，判断行星上有没有生命。
未来二三十年，我们说不定会整理出一份离我们最近、最有希望的类地行星清单。
七、真正的 "发现外星人" 时刻，会是什么样？现场有观众提问：刘易斯，你一开始说，你觉得我们有生之年可能找到外星生命。
那一刻会是什么样子？
科幻里是外星飞船降临地球。
但现实里，我这辈子见过的重大科学发现，比如希格斯玻色子，就是一场学术报告会，研究者放 PPT，宣布我们找到了。
刘易斯说，不会是灵光一闪、瞬间引爆的重大宣告，而是一个缓慢、慢慢形成共识的过程。想要确凿证明生命存在，难度极高，总会有各种疑问、其他解释。
拿火星探测来说，如果想要实锤，最好的方案不是直接在火星车上装一整套实验室就地分析。
我们最好采集最有潜力的火星样本，送回地球，用地球上所有顶尖实验室、高精度设备反复检测，才有可能拿到接近无可辩驳的证据。
还有观众问：我们聊了很多外星生命的可能性，金星、火星、卫星。
那我们自己的月球呢？
在天体生物学的框架里，月球从来没有孕育过生命。
月球地表从来没有稳定液态水，没有大气层，不具备宜居条件。
但这不代表月球对天体生物学没有巨大价值。
月球就像地球的 "阁楼储藏室"。
地球发生大型撞击的时候，大量地表物质会被溅射进太空。
一部分地球岩石碎屑会被月球捕获，在月球表面长期保存。
有一个很有意思的猜想：如果我们在月球上找到远古地球岩石，它们保存得会比地球本土岩石好得多。
地球板块运动活跃，地表岩石不断循环改造。
所以，月球上或许保存着比地球地壳更完整的地球生命演化历史记录。