2022年01月19日 09:00
【科學快訊】
▎藥明康德內容團隊編輯
人類在銀河系中是否孤單？在茫茫宇宙中，其他形式的生命如果存在，又會藏在哪裏？
和我們一樣，科學家同樣對這些問題充滿了好奇。無論是從天而降的隕石、登陸近鄰的探測器，還是指向遙遠天體的望遠鏡，科學家正從不同的角度尋找地外生命的蹤跡、審視它們生存的條件。
就在本周，兩篇《科學》論文為我們講述了兩個與地外生命有關的故事：其中一個證明， 「超級地球」比我們此前想象的更適合生命生存；另一個則讓一個關於火星生命的幻想最終破滅。但無論哪個故事，都將未來的地外生命探索提供了重要線索。
在其中一項研究中，來自勞倫斯利弗莫爾國家實驗室等機構的研究團隊解決了一個關於「超級地球」的「核心」問題。
到目前為止，天文學家已經在太陽系之外搜索到近5000顆行星，其中超過1500顆屬於「超級地球」——它們是比地球更重，但半徑不超過地球兩倍、質量不超過地球10倍的岩質或氣態行星。如果它們位於宜居帶中，就有可能具備支持生命的環境——前提是，這些行星擁有足夠強大的磁場。
生命可以在地球上誕生，一個重要條件就是地球的磁場，它為地球屏蔽了大量致命的宇宙線輻射。我們知道，地球的金屬核心由固態內核和液態外核組成，正是這些不斷對流的液態熔融鐵核造就了地球的磁場。
但是，對於那些遙遠的「超級地球」，這樣的保護性磁場是否存在、能持續多久，卻是個未知數。一個關鍵問題在於，由於它們質量更大，核心的壓強也比地球的更高。在這樣極高的壓強條件下，鐵在什麼溫度下開始熔化？
這個問題的答案直接影響了 「超級地球」中液態金屬核心的大小與性質，進而決定了這些行星是否擁有強大、持久的磁場。但要得到答案卻不容易，畢竟科學家無法直接觀察到系外行星的內部結構，而要在實驗室模擬如此高的壓強，也是以往無法實現的。
在勞倫斯利弗莫爾國家實驗室，研究團隊使用當今最高能的激光設備之一，模擬了「超級地球」核心的壓強條件。隨後，通過X射線衍射，研究團隊得以判斷鐵在該條件下的狀態。該研究明確了鐵在1000 Gpa下的熔點——這個壓強是大氣壓的1000萬倍，是地球內核壓強的3倍，同時也是此前實驗所達到的最高壓強的近4倍。
模擬結果表明，在質量4~6倍於地球的行星上，液態鐵核能持續存在的時間最長，這也說明在磁場的庇護之下，「超級地球」可能擁有比地球更適宜生命存在的環境。
當然，作為一項開創性的初步研究，這項研究的結論存在一定的局限性。同期的一篇觀點文章就提出，實際上在熔融核心形成的過程中，一些輕元素會進入其中，從而改變熔融曲線。因此，後續研究應該考慮這一因素，從而做出更准確的模擬。
同期另一項研究關注的，則是一塊來自火星的著名隕石。1984年，美國科考隊員在南極發現了一塊大約2千克重的隕石。這塊編號為ALH84001的隕石看上去並不特殊，但它在沉睡了10年之後，卻受到了全世界的關注。研究發現，這枚有著40億年曆史的隕石竟來自火星，而且其中含有來源不明的有機物。1996年，NASA科學家更是認為，這枚隕石含有形態與細菌相似的疑似火星生命。隨著時任美國總統克林頓罕見地宣布了這一成果，ALH84001的風頭達到頂峰。
但很快，對這一結論的質疑聲多了起來。更多科學家認為，僅僅依靠形態來判斷生命的存在極不可靠，而且所謂的「火星生命」更可能是汙染。雖然「ALH84001含有生命」的聲音逐漸散去，但對於確實存在的有機物的來源，爭論還在延續。從由古代火星生命制造，到火山活動、外來天體撞擊、水文活動等非生命來源，其形成過程尚未為人所知。
現在，來自卡內基科學研究所等機構的科學家揭開了這枚隕石中有機物的真實身份。
從這枚隕石樣本中，他們發現了與地球類似的水岩作用的證據。這枚岩石經曆了兩個地質過程。首先是蛇紋石化，即富含鐵或鎂的岩石與周圍的水發生反應，生成蛇紋石同時產生氫氣。另一個是碳酸鹽化：岩石與溶有二氧化碳的水作用，形成碳酸鹽礦物。而這個二氧化碳被還原的過程，就可以無需生命活動參與，直接形成有機物。
這是科學家首次在如此古老的火星樣本中，觀察到蛇紋石化與碳酸鹽化過程。此前已有研究發現，火星上的非生命過程可以形成有機物，而這項研究證實，該過程在早期火星就已經存在。
這枚岩石的形成與生命過程無關，人類尋找火星生命遺跡的夢想再次破滅。但這項研究帶來的，也絕不僅僅是壞消息。事實上，這些化合物對於未來尋找火星生命同樣重要。
這項研究的通訊作者Andrew Steele博士強調：「非生命的化學過程為尋找火星生命提供了背景信息。生命會從中選擇它們需要的物質並使其聚集，因此要尋找生命，我們需要找到更高濃度的非生命背景。」這個發生在早期火星的過程，同樣有助於我們理解地球早期的故事。因此，尋找火星生命不僅是為了回答「我們是否孤獨」，還有「我們從何而來」。
可以說，在搜尋地外生命蹤跡的過程中，任何突破——即使是那些扼殺了生命可能性的發現，都為今後的地外生命探索指明了方向。從這個角度來看，如果你不是急於現在就見到外星「朋友」們，相信這些研究會給你更多信心——順著這些新的線索，或許有一天，我們真的需要考慮：要不要回答？
參考資料：
<1> Richard G。
Kraus et al。， Measuring the melting curve of iron at super-Earth core conditions。 Science（2022）。
DOI： 10.1126/science.abm1472
<2> Andrew Steele et al。，Organic synthesis associated with serpentinization and carbonation on early Mars。 Science（2022）。 DOI： 10.1126/science.abg7905
<3> Super-Earths have longer shielding against cosmic radiation， new melting curve analysis suggests。
Retrieved Jan。
13， 2022， from https：//www.eurekalert.org/news-releases/939605
<4> Long-lasting radiation shields may make super-Earths friendly for life。
Retrieved Jan。
13， 2022， from https：//www.newscientist.com/article/2304544-long-lasting-radiation-shields-may-make-super-earths-friendly-for-life/
<5> Martian meteorite’s organic materials origin not biological， formed by geochemical interactions between water and rock。
Retrieved Jan。
13， 2022， from https：//www.eurekalert.org/news-releases/939686
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