关于宇宙生命中的7 个不必要的假设

到目前为止，地球是唯一的我们确定拥有活跃生命过程的行星。这里是我们不应该假设关于其他地方的生命的。

STARTS WITH A BANG — AUGUST 26, 2024

Ethan Siegel

 

宇宙存在和我们在这里来观察它告诉我们很多的。它使我们能够对各种参数放上约束，然后来推断状态和就像在我们今天的知识中表现它们自己为空白的反应的存在。但也有我能从这种类型的推理的的严重限制，包括关于在其他地方发现生命的概率。Credit: NASA/NEXSS collaboration

关键要点

 就生命的宇宙彩票而言，地球确实已经浮现为一个赢家：迄今为止我们所知道的唯一赢家，尽管发现了数千计超越我们自己的行星和世界。

容易做出地球拥有生命来浮现所需的所有“恰到好处”的条件的假设，但真相是我们在我们的广阔的宇宙内可能仅代表一种可能的成功。

从拥有一个大卫星到是在宇宙中后来者到在银河系中我们的位置等等，这里是真的关于我们拥有生命的世界的7 个属性，但这些属性毕竟对生命不是必须的。

2024 年在这里，地球以外有数千颗已知的行星。

我们太阳系外的行星或系外行星看起来像什么一样？此图显示各种可能性。科学家在 1990 年代发现了第一颗系外行星。截至 2024 年，已确认的系外行星总数超过 5000 颗。没有一个被知道被居住的，但几个提高诱人的可能性：大体上在地球大小的行星中，但在更大的行星中不是如此多。Credit: NASA/JPL-Caltech

尽管许多有生物上友好的成分，但已知只有地球拥有生命。

尽管美国宇航局的毅力号火星车于 2021 年初登陆火星，但毅力号占用了 400 多个火星太阳日让毅力号遇到并拍摄允许它轻轻降落在这颗红色星球的表面的降落伞。在 2022 年 4 月拍摄的这个地区，在从前一定一直是丰富的液态水的火星土壤中发现了众多有机化合物。然而，有机物并不一定意味着生命，毅力号上的仪器套件不足以来得出这样一个结论。要么将需要一个后续或样本返回使命来了解更多的。Credit: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS

然而，地球拥有的许多属性对生命的浮现可能是不必要的。

我们的一个宜居带的概念被一颗地球大小的行星在距离它的母星的特定距离上有地球一样的大气层有液态水的能力在它的表面上没有一个冰的覆盖的癖好定义。虽然这描述地球拥有的条件，但尚不清楚是否这是一个生命的要求或甚至一个偏好。许多被假定对生命是好的候选的世界将很可能不可居住的，其他目前未被考虑的将可能下到这条线上惊讶我们。Credit: Chester Harman; NASA/JPL, PHL at UPR Arecibo

这里是我们应该更热心来挑战的七个常见假设。

太平洋上的月亮和云层，由 鲍曼（Frank Borman） 和洛威尔（James A. Lovell ）在双子座 7 号使命期间拍摄。地球围绕着我们的太阳，拥有生命适合的条件。我们频繁的假定一个稳定化地球的轴向倾斜的大月球对生命是有帮助的或甚至是必要的。但这种假设可能是没有根据的。Credit: NASA

1.） 拥有一个大月亮支持生命。

在地球形成大约 5000 万年后，它被一个叫 赛亚（Theia） 的火星大小的大型天体撞击。碰撞的后果超加热地球并踢起一个大量碎片，很大一部分的它最终形成了月球。剩下的要么逃脱了地月系统，要么落回到两个天体中的一个。月球的大质量且离地球很近稳定化我们的旋转轴。Credit: Mark A. Garlick

我们的月球从一个巨大的撞击形成，我们的月球稳定化我们的轴倾斜。

地球目前在它的轴上旋转，该轴被倾斜到太阳23.44 度。随着时间，地球的轴倾斜度非常轻微的变化：从 22.1 度到24.5 度，而相比到像火星这样的行星它的变化幅度多达 10 倍多。我们的月球稳定化我们的轴倾斜，但是否这是必要的或甚至对生命有益的已经没有被合适的确定。Credit: CielProfond/Wikimedia Commons

然而，一个不稳定的旋转轴可能朝向生物活动是中性的。

与地球上最初形成的大多数岛弧一样，夏威夷群岛最初作为一个地幔羽流被上升穿过地壳将物质交付到地球表面发生。随着时间，熔岩堆积来刺出地球的海洋表面，然后随板块滑过以便正在形成的、不断增长的山峰不再在同一个热点上，一个新的岛屿开始来形成。一旦一座山移动离开了它的热点，它只能被侵蚀，不再进一步增长。这提供强的地球活跃的盖子构造的证据;一种目前在我们太阳系的其他行星上是看不到的属性。Credit: Joel E. Robinson, USGS

2.） 板块构造是愿望的。

这张图片显示在木卫一上的火山特征，被伽利略航天器在 1995 年至2003 年的 7 次近距离遭遇期间近距离成像。这里的淡黄色是由于硫，而活跃的熔岩流甚至从太空能被明确看到。潮汐上诱发的构造理论上能好的像板块构造一样支持生命。Credit: NASA/JPL/University Of Arizona

强大的潮汐力可以刚好容易的释放内部的行星能量。

该动画描绘在过去 20 年中已知近地天体 （NEO） 在某个时间点的映射图，并以截至 2018 年 1 月所有已知小行星的映射结束。尽管像这样的映射出现多么拥挤，但平均小行星之间的空间当与它们的实际大小相比时是巨大的。在地球上的撞击率到木星存在时被急剧的增加不是减少。Credit: NASA/JPL-Caltech

3.） 附近的气态巨行星保护宜居行星。

2021 年 9 月 13 日晚上10 点 40 分左右，在木星上发生了一次撞击事件，在木星赤道附近出现为一个短暂的瞬态白光闪光。这标志着自 2009 年以来观测到的第 9 次对木星的撞击。尽管木星接收比我们太阳系中的任何其他行星都更多的撞击，但它并不保护地球，而是通过一个在木星不存在的场景上增加我们星球的碰撞率大约一个 3.5 倍。Credit: Harald Paleske, Langendorf, Germany, spaceweather.com.

附近，大质量行星对邻近世界增加而不是减少撞击率。

在这里我们自己的太阳系中，一颗恒星锚定这个系统，内部的岩石行星、一个中距离的小行星带，然后是更遥远的气态巨行星最终让位于柯伊伯带和奥尔特云。各种天体之间的大小、质量和距离一般不被评价，因为这些尺度远远在我们的日常体验之外。Credit: NASA/Dana Berry

4.） 地球的晚期宇宙浮现支持在它上发生的生命。

在恒星形成区域中复杂的碳基分子的存在是有趣的，但并不是人类要求的。在这里一个单糖的乙醛例子被一个对应到它们在一个星际气体云中被检测到的位置描画：从目前形成新恒星最快的区域偏移。星际分子是常见的，其中许多是复杂的和长链的。Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Calçada (ESO) & NASA/JPL-Caltech/WISE Team

生命似乎需要有有机分子的岩石行星。

如果生命始于一种可以从它的环境中代谢营养物质/能量的随机肽，复制可能然后从肽-核酸共进化跟着发生。这里描画了 DNA-肽共进化，但它可以对 RNA 甚至PNA 起作用作为核酸代替。断言对生命来发生需要一个“神圣的火花”是一个经典的“缺口之神”论点，但断言我们确切地知道生命如何源自非生命也是一个谬论。这些条件，包括在它们表面上存在的这些分子的岩石行星，可能在大爆炸的第一个 1-20 亿年存在了。Credit: A. Chotera et al., Chemistry Europe, 2018

这样的系统仅在大爆炸后1-20 亿年浮现。

这张彩色编码的映射显示在银河系中超过 600 万颗恒星的重元素丰度。红色、橙色和黄色的恒星是有足够丰富的重元素它们应该有行星的，绿色和青色编码的恒星应该很罕见有行星，而编码为蓝色或紫色的恒星毕竟围绕它们绝对没有行星。请注意，银河系盘的中心平面一路延伸到银河系核，有可宜居的岩石行星的潜力。这张映射显示我们银河系内不到 0.01% 的恒星。Credit: ESA/Gaia/DPAC; CC BY-SA 3.0 IGO

5.） 生命靠近银河系中心是不利的。

这张图显示磁化的星系中心，突出各种特征，由 SOFIA/HAWC+ FIREPLACE 测量团队成像。在图像左侧的巨大气泡有大约 30 光年宽，比从来发现的任何其他超新星吹的气泡都更大几倍。这个充满暴力的环境可能是星系的唯一一个能量太大生命不能维持它自己的部分。Credit: D. Paré et al., arXiv:2401.05317v2, 2024

只有最里面的几光年应该是不适合居住的。

欧洲航天局的太空盖亚使命已经映射了我们银河系中超过 10 亿颗恒星的三维位置和地点：所有时间最多的。基于这些恒星和恒星系统的属性，几乎没有提示存在一个限制生命的星系宜居带的证据。Credit: ESA/Gaia/DPAC

长期、稳定的条件几乎到处坚持。

（现代）摩根基南（Morgan-Keenan） 光谱分类系统，它上面显示每个恒星类别的温度范围，单位为开尔文。今天绝大多数恒星都是 M 级恒星，在25 秒差距内只有 1 颗已知的 O 级或 B 级恒星。我们的太阳是一颗 G 级恒星，一道有大约总恒星的 5-10%。然而，在早期宇宙中，几乎所有的恒星都是 O 级或 B 级恒星，有一个今天平均恒星更大25 倍的平均质量。Credit: LucasVB/Wikimedia Commons; Annotations: E. Siegel

6.） 需要一颗太阳一样的恒星。

这张图将太阳一样的恒星与一个红矮星、典型的棕矮星、超冷的棕矮星和像木星一样的行星比较。只有大约 5% 的恒星是像太阳或质量更大的一样的，K 型恒星代表所有恒星的 15%，而红矮星代表所有恒星的 75-80%。褐矮星虽然它们是失败的恒星，但可能刚好像红矮星一样常见。Credit: MPIA/V. Joergens

更低质量的恒星数量远远超过太阳一样的恒星。

这张瞥进猎户座星云最密集的区域靠近四边形星团的中心的照片显示一个现代瞥进一个银河系的恒星形成区域内部。然而，恒星形成属性会随宇宙时间变化的，从星系到星系，在与星系中心不同的半径上等等。当在宇宙中将太阳与恒星总数比较时，必须考虑所有这些属性以及更多的。请注意我们的太阳诞生于 46 亿年前，比所有恒星的 85% 更年轻。Credit: X-ray: NASA/CXC/Penn State/E.Feigelson & K.Getman et al.; Optical: NASA/ESA/STScI/M. Robberto et al.

一旦耀斑安顿下来，K 型和 M 型恒星应该支持宜居性。

在三种不同波长的光中观察同一空间区域，一个短波长红外观望、一个长波长红外观望和 一个1.87 微米波长上的窄带观望，揭示猎户座星云的同一区域内的许多不同的特征。在长波长光下明亮、辉光的特征表明大量的适度冷的中性物质，指向在这些区域中恒星形成仍在进行中。活跃的恒星形成区域不仅创造像我们自己的单恒星系统，还创造了双星、三元恒星甚至更丰富的多星系统。Credit: M.J. McCaughrean & S.G. Pearson, A&A submitted, 2023; Animation by E. Siegel

7.） 贫金属的恒星是不适合居住的。

这些图表显示被估计的恒星形成速率密度作为一个形成恒星的红移和金属丰度的函数。尽管有实在的不确定性，但它能是安全的得出结论，所有恒星的仅大约 3% 到20% 之间有一个重元素含量大于或等于我们的太阳的，大多数估计值仅落在 4-10% 之间。然而，大多数有至少太阳的重元素含量约25%的恒星都拥有行星。Credit: M. Chruslinska & G. Nelemans, MNRAS, 2019

只有太阳的重元素一小部分的恒星容纳着岩石的潜在的支持生命的行星。

来自詹姆斯韦伯太空望远镜 （JWST）的原行星盘（或称Orion 294-606）的这个观望不仅展示詹姆斯韦伯太空望远镜在成像此类天体上有多么出色，还展示恒星系统与彼此之间真实的多遥远的，甚至在它们被创造的恒星形成区域内。这个新形成的天体是由于一个气体云坍塌，总有一天将变成一颗恒星，但还不是恒星。为来形成行星恒星只需要太阳拥有的重元素的一小部分。Credit: NASA/ESA/CSA/McCaughrean & Pearson

大多寂寞的星期一以图像、视觉效果和不超过 200 字讲述一个天文学的故事。.

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随他回答最大的问题与爱善西格尔（Ethan Siegel ）博士一起旅游宇宙

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