在哪里寻找生命以及如何识别它
当我们在太空中寻找生命时，我们会听到费米悖论和德雷克方程交替出现。 两者都谈论智能生命形式。 但是，如果外星生命不聪明怎么办？ 毕竟，这并没有降低它在科学上的趣味性。 或者他根本不想和我们交流——或者他在隐藏或超越我们甚至可以想象的范围？
两 费米悖论 （“他们在哪里？！”——因为太空中存在生命的概率不小）和 德雷克方程，估计先进技术文明的数量，有点鼠目寸光。 目前，具体问题如恒星周围所谓生命区的类地行星数量。
根据波多黎各阿雷西博的行星宜居性实验室， 迄今为止，已经发现了 XNUMX 多个可能适合居住的星球。 除了我们不知道它们是否在各个方面都适合居住，而且在许多情况下，它们离我们太远了，我们无法用我们知道的方法收集我们需要的信息。 然而，鉴于到目前为止我们只观察了银河系的一小部分，似乎我们已经知道了很多。 然而，信息的匮乏仍然让我们感到沮丧。
在哪里看
这些潜在友好的世界之一距离我们近 24 光年，位于 天蝎座, 系外行星 Gliese 667 Cc 轨道 红矮星. 质量是地球的 3,7 倍，地表平均温度远高于 0°C，如果这颗行星有合适的大气层，它将是寻找生命的好地方。 诚然，Gliese 667 Cc 可能不会像地球那样绕轴自转——它的一侧总是面向太阳，而另一侧在阴影中，但可能稠密的大气层可以将足够的热量传递到阴影侧，同时保持光影交界处的稳定温度。
根据科学家的说法，有可能生活在这样的围绕红矮星旋转的物体上，红矮星是我们银河系中最常见的恒星类型，但你只需要对它们的演化做出与地球稍有不同的假设，我们稍后会写到。
另一颗被选中的行星，开普勒 186f (1)，距离我们 10 光年。 它的质量似乎只比地球大 XNUMX%，和火星一样冷。 由于我们已经确认火星上存在水冰，并且知道它的温度不会太低，无法阻止地球上已知的最顽固的细菌的生存，因此这个世界可能会成为满足我们要求的最有希望的世界之一。
另一个强有力的候选人 开普勒 442b距离地球1100多光年，位于天琴座。 然而，它和上面提到的 Gliese 667 Cc 都因强烈的太阳风而失分，比我们自己的太阳发出的风要强大得多。 当然，这并不意味着排除那里的生命存在，而是必须满足其他条件，例如保护磁场的作用。
天文学家新发现的类地行星之一是距离地球约 41 光年的行星，标记为 LHS 1140b. 它的大小是地球的 1,4 倍，密度是地球的两倍，位于母星系统的母区。
“这是我在过去十年中看到的最好的事情，”哈佛-史密森天体物理中心的杰森·迪特曼在关于这一发现的新闻稿中热情洋溢地说道。 “未来的观测可以首次探测到潜在的宜居大气层。 我们计划在那里寻找水，最终寻找分子氧。”
甚至有一个完整的恒星系统在潜在可行的类地系外行星类别中扮演着几乎恒星的角色。 这是位于水瓶座的 TRAPPIST-1，距离我们 39 光年。 观测表明存在至少七颗小行星围绕中央恒星运行。 其中三个位于住宅区。
“这是一个了不起的行星系统。 不仅因为我们在其中发现了如此多的行星，还因为它们的大小都与地球非常相似，”比利时列日大学的 Mikael Gillon 在一份新闻稿中说，他于 2016 年对该系统进行了研究。 . 其中两个行星 TRAPPIST-1b 欧拉兹 TRAPPIST-1在放大镜下仔细观察。 它们原来是像地球一样的岩石物体，使它们更适合生命存在。
TRAPPIST-1 它是一颗红矮星，是一颗太阳以外的恒星，许多类比可能会让我们失望。 如果我们正在寻找与母星的关键相似性怎么办？ 然后一颗恒星在天鹅座中旋转，与太阳非常相似。 它比地球大60%，但它是否是岩石行星以及是否有液态水还有待确定。
“这颗行星在其恒星的母带中度过了 6 亿年。 它比地球长得多，”美国宇航局艾姆斯研究中心的约翰詹金斯在官方新闻稿中评论道。 “这意味着生命出现的机会更多，特别是如果那里存在所有必要的成分和条件。”
事实上，就在最近，在 2017 年的《天文学杂志》上，研究人员宣布了这一发现 围绕地球大小的行星的第一层大气. 在智利南欧天文台望远镜的帮助下，科学家们观察到它在凌日过程中如何改变了主星的部分光线。 这个世界被称为 国标1132b (2)，它的大小是我们星球的 1,4 倍，距离我们 39 光年。
2. 系外行星 GJ 1132b 周围大气的艺术可视化。
观测表明，“超级地球”覆盖着一层厚厚的气体、水蒸气或甲烷，或两者的混合物。 GJ 1132b 所围绕的恒星比我们的太阳更小、更冷、更暗。 然而，这个物体似乎不太可能适合居住——它的表面温度是 370°C。
如何搜索
唯一经科学证明可以帮助我们在其他行星上寻找生命的模型 (3) 是地球的生物圈。 我们可以列出我们星球所提供的多样化生态系统。包括：海底深处的热液喷口、南极冰洞、火山池、从海底溢出的冷甲烷、充满硫酸的洞穴、矿井以及从平流层到地幔的许多其他地方或现象。 我们所知道的关于地球上极端条件下的生命的一切都极大地扩展了太空研究的领域。
3. 系外行星的艺术视觉
学者们有时将地球称为 Fr。 生物圈类型 1. 我们的星球在其表面显示出许多生命迹象，主要来自能量。 同时，它存在于地球本身。 生物圈类型 2伪装得多。 它在太空中的例子包括行星，如今天的火星和气态巨行星的冰冷卫星，以及许多其他物体。
最近推出 用于系外行星探索的过境卫星 (TESS) 继续工作，即发现并指出宇宙中有趣的点。 我们希望对已发现的系外行星进行更详细的研究。 詹姆斯韦伯太空望远镜，在红外线范围内运行 - 如果它最终进入轨道。 在概念工作领域，已经有其他任务 - 宜居的系外行星观测站 (HabEx)，多范围 大型紫外光学红外检测仪 (LUVUAR) 或 起源太空望远镜 红外（OST），旨在提供更多关于系外行星大气和成分的数据，重点是搜索 生命的生物印记.
4.各种生命存在的痕迹
最后是天体生物学。 生物印记是由生物的存在和活动产生的物质、物体或现象。 (4)。 通常，任务会寻找陆地生物特征，例如某些大气气体和颗粒，以及生态系统的表面图像。 然而，根据与 NASA 合作的美国国家科学院、工程与医学研究院 (NASEM) 的专家的说法，有必要摆脱这种地心说。
- 笔记教授。 芭芭拉·洛拉尔。
通用标签可以是 糖. 一项新的研究表明，糖分子和 DNA 成分 2-脱氧核糖可能存在于宇宙的遥远角落。 NASA 的一个天体物理学家团队设法在模拟星际空间的实验室条件下创造了它。 在《自然通讯》的一篇文章中，科学家们表明这种化学物质可以广泛分布在整个宇宙中。
2016 年，法国的另一组研究人员对核糖做出了类似的发现，核糖是一种人体用来制造蛋白质的 RNA 糖，被认为是地球早期生命中 DNA 的可能前体。 复合糖 在陨石上发现并在模拟太空的实验室中生产的有机化合物越来越多。 其中包括氨基酸、蛋白质的组成部分、含氮碱基、遗传密码的基本单位，以及生命用来在细胞周围构建膜的一类分子。
早期的地球很可能是由撞击其表面的流星体和彗星倾泻而下的。 糖衍生物可以在有水的情况下演变成用于 DNA 和 RNA 的糖，为研究早期生命的化学开辟了新的可能性。
“二十多年来，我们一直想知道我们在太空中发现的化学物质是否可以创造出生命所需的化合物，”该研究的合著者、美国宇航局艾姆斯天体物理和天体化学实验室的斯科特桑福德写道。 “宇宙是一位有机化学家。 它有很大的容器和大量的时间，结果是大量的有机物质，其中一些仍然对生命有用。
目前，没有简单的工具来检测生命。 在相机捕捉到在土卫二冰层下游动的火星岩石或浮游生物上生长的细菌培养物之前，科学家们必须使用一套工具和数据来寻找生物特征或生命迹象。
5. 经受等离子体放电的富含 CO2 的实验室气氛
另一方面，值得检查一些方法和生物特征。 传统上，学者们已经认识到，例如， 大气中存在氧气 行星作为其上可能存在生命的确定信号。 然而，2018 年 XNUMX 月在 ACS 地球和空间化学上发表的一项新的约翰霍普金斯大学研究建议重新考虑类似的观点。
研究小组在 Sarah Hirst (5) 设计的实验室室内进行了模拟实验。 科学家们测试了可以在系外行星大气中预测的九种不同的气体混合物，例如最常见的行星类型超级地球和小镎。 银河系. 他们将混合物暴露于两种能量中的一种，类似于在地球大气中引起化学反应的能量。 他们发现了许多产生氧气和有机分子的场景，这些分子可以产生糖和氨基酸。
然而，氧气与生命成分之间并没有密切的相关性。 因此，似乎氧气可以成功地产生非生物过程，同时反之亦然 - 一个没有检测到氧气水平的行星能够接受生命，这实际上发生在......地球上，在蓝藻开始出现之前大量产生氧气。
预计的天文台，包括太空天文台，可以处理 行星光谱分析 寻找上述生物特征。 康奈尔大学科学家的新研究表明，植被反射的光，特别是在较老、较温暖的行星上，可能是生命的强大信号。
植物吸收可见光，利用光合作用将其转化为能量，但不吸收光谱中的绿色部分，这就是我们将其视为绿色的原因。 大多数红外光也被反射，但我们再也看不到了。 反射的红外光在光谱图中产生一个尖峰，称为蔬菜的“红边”。 虽然一些研究表明这样做是为了避免热损伤，但植物反射红外光的原因仍然不完全清楚。
因此，在其他行星上发现红色的植被边缘可能会证明那里存在生命。 康奈尔大学的天体生物学论文作者 Jack O'Malley-James 和 Lisa Kaltenegger 描述了植被的红色边缘在地球历史进程中可能发生的变化 (6)。 苔藓等地面植被于 725 至 500 亿年前首次出现在地球上。 现代开花植物和树木出现在大约 130 亿年前。 不同类型的植被反射红外光的方式略有不同，具有不同的峰值和波长。 与现代植物相比，早期的苔藓是最弱的聚光灯。 一般来说，频谱中的植被信号随时间逐渐增加。
6. 来自地球的反射光取决于植被覆盖的类型
西雅图华盛顿大学大气化学家 David Catling 团队于 2018 年 XNUMX 月在《科学进展》杂志上发表的另一项研究深入研究了我们星球的历史，以开发一种新的方法来检测遥远物体中的单细胞生命在不远的将来。 . 在地球四十亿年的历史中，前两年可以说是一个由统治者统治的“黏糊糊的世界” 基于甲烷的微生物对他们来说，氧气不是赋予生命的气体，而是致命的毒药。 蓝藻的出现，即来自叶绿素的光合作用绿色蓝藻，决定了接下来的 XNUMX 亿年，将“产甲烷”微生物转移到氧气无法进入的角落和缝隙中，即洞穴、地震等。蓝藻逐渐变成了我们的绿色星球，充满了大气中的氧气，为现代已知世界奠定了基础。
并非全新的说法是地球上的第一个生命可能是紫色的，因此系外行星上假设的外星生命也可能是紫色的。
马里兰大学医学院的微生物学家 Shiladitya Dassarma 和加州大学河滨分校的研究生 Edward Schwiterman 是该主题研究的作者，该研究于 2018 年 XNUMX 月发表在国际天体生物学杂志上。 不仅达萨马和施维特曼，而且许多其他天体生物学家都认为，我们星球的第一批居民之一是 嗜盐菌. 这些微生物吸收了辐射的绿色光谱并将其转化为能量。 从太空看，它们反射了使我们的星球看起来像这样的紫色辐射。
为了吸收绿光，盐杆菌使用了视网膜，即脊椎动物眼睛中可见的紫罗兰色。 只有随着时间的推移，我们的星球才会被使用叶绿素的细菌所支配，叶绿素吸收紫光并反射绿光。 这就是为什么地球看起来是这样的原因。 然而，天体生物学家怀疑盐杆菌可能会在其他行星系统中进一步进化，因此他们认为紫色行星上存在生命 (7)。
生物特征是一回事。 然而，科学家们仍在寻找检测技术签名的方法，即先进生活和技术文明存在的迹象。
美国宇航局在 2018 年宣布，它正在加强对外星生命的搜寻，仅使用此类“技术特征”，正如该机构在其网站上所写的那样，“这些迹象或信号使我们能够断定宇宙中某处存在技术生命。” . 可以找到的最著名的技术是 无线电信号. 然而，我们也知道许多其他的，甚至是假想的巨型结构的建造和运营的痕迹，比如所谓的 戴森球 （八）。 他们的名单是在 8 年 2018 月 NASA 主办的研讨会上编制的（见对面的方框）。
- 加州大学圣巴巴拉分校的学生项目 - 使用一套望远镜瞄准附近的仙女座星系以及其他星系，包括我们自己的星系，以检测技术特征。 年轻的探险者正在寻找与我们相似或比我们更高的文明，试图用类似于激光或微波激射器的光束来表明它的存在。
传统搜索——例如，使用 SETI 的射电望远镜——有两个限制。 首先，假设有智慧的外星人（如果有的话）正试图直接与我们交谈。 其次，如果我们找到这些消息，我们将识别它们。
(AI) 的最新进展为重新检查所有收集的数据以发现迄今为止被忽视的细微不一致提供了令人兴奋的机会。 这个想法是新 SETI 战略的核心。 扫描异常不一定是通信信号，而是高科技文明的副产品。 目标是开发一个全面的、智能化的“发动机异常“能够确定哪些数据值和连接模式异常。
技术签名
根据 28 年 2018 月 XNUMX 日的 NASA 研讨会报告，我们可以区分几种类型的技术签名。
沟通
“瓶中的信息”和外星文物。 我们在 Pioneer 和 Voyager 上亲自发送了这些信息。 这些都是物理对象及其伴随的辐射。
人工智能。 当我们学会为自己的利益使用人工智能时，我们会提高识别潜在外来人工智能信号的能力。 有趣的是，在不久的将来，地球系统与人工智能的天基形式之间也有可能建立联系。 人工智能在寻找外星人技术特征以及协助大数据分析和模式识别方面的应用看起来很有希望，尽管完全不确定人工智能是否会摆脱人类典型的感知偏见。
大气层
人类改变地球观测特征的最明显的人工方式之一是大气污染。 因此，无论这些人工大气元素是作为工业的不受欢迎的副产品，还是故意的地球工程形式，从这种关系中检测生命的存在都可能是最强大、最明确的技术特征之一。
结构
人工巨型结构。 它们不必是直接围绕母星的戴森球。 它们也可以是比大陆更小的结构，例如位于地表上方或云层上方的行星空间中的高反射或高吸收光伏结构（发电机）。
热岛。 它们的存在是基于这样一个假设，即充分发达的文明正在积极处理废热。
人工照明。 随着观测技术的发展，应该在系外行星的夜间找到人造光源。
在全球范围内
能量耗散。 对于生物特征，已经开发了系外行星生命过程释放的能量模型。 在有任何技术存在的证据的地方，基于我们自己的文明创建这样的模型是可能的，尽管它可能不可靠。
气候稳定或不稳定。 当没有先决条件时，强大的技术签名既可以与稳定性相关联，也可以与不稳定性相关联。
地球工程。 科学家们认为，一个先进的文明可能希望在其家乡地球上，在其不断扩大的行星上创造类似于它所知道的条件。 例如，可能的技术特征之一可能是在一个气候相似的系统中发现了几颗行星。
如何认识生命？
现代文化研究，即文学和电影，关于外星人外貌的想法主要来自一个人—— 赫伯特·乔治·威尔斯. 早在 1895 世纪，在一篇题为“年度百万人”的文章中，他就预见到一百万年后的 1898 年，他在小说《时间机器》中创造了人类未来进化的概念。 外星人的原型由《世界大战》（1901 年）的作者提出，他在小说《月球上的第一个人》（XNUMX 年）的页面上发展了他对亚硒酸盐的概念。
然而，许多天体生物学家认为，我们将在地球以外发现的大部分生命将是 单细胞生物. 他们从我们迄今为止在所谓的栖息地中发现的大多数世界的严酷环境以及地球上的生命在进化成多细胞形式之前以单细胞状态存在了大约 3 亿年这一事实推断出这一点。
银河系可能确实充满了生命，但可能大部分都是微型的。
2017年秋天，英国牛津大学的科学家在国际天体生物学杂志上发表了一篇文章《达尔文的外星人》。 在其中，他们认为所有可能的外星生命形式都受制于与我们相同的自然选择基本定律。
“仅在我们自己的银河系中，就有可能有数十万颗宜居行星，”牛津动物学系的萨姆·莱文说。 “但我们只有一个真实的生命例子，我们可以在此基础上做出我们的愿景和预测——来自地球的那个。”
莱文和他的团队说，这对于预测其他行星上的生命可能是什么样子非常有用。 进化论. 面对各种挑战，他当然必须逐步发展，才能随着时间的推移变得更加强大。
“没有自然选择，生命将无法获得生存所需的功能，例如新陈代谢、移动或拥有感觉器官的能力，”文章说。 “它将无法适应它的环境，在这个过程中演变成复杂、引人注目和有趣的东西。”
无论这种情况发生在哪里，生命总是会面临同样的问题——从寻找有效利用太阳热量的方法到需要操纵环境中的物体。
牛津大学的研究人员表示，过去曾有人认真尝试将我们自己的世界和人类关于化学、地质学和物理学的知识推断为假定的外星生命。
莱文说。 -.
牛津大学的研究人员甚至创造了几个他们自己的假设例子。 外星生命形式 （9）。
9 个来自牛津大学的可视化外星人
莱文解释道。 -
我们今天所知的大多数理论上可居住的行星都围绕着红矮星旋转。 它们被潮汐挡住了，也就是一面不断地面对着一颗温暖的恒星，而另一边面对着外太空。
教授说。 来自南澳大利亚大学的 Graziella Caprelli。
基于这一理论，澳大利亚艺术家创造了生活在围绕红矮星运行的世界中的假想生物的迷人图像 (10)。
10. 在围绕红矮星运行的行星上的假想生物的可视化。
然而，关于生命将基于宇宙中常见的碳或硅以及进化的普遍原则的想法和假设可能会与我们的人类中心主义相冲突，并导致无法识别“他者”的偏见。 斯坦尼斯拉夫·莱姆（Stanislav Lem）在他的“惨败”中有趣地描述了这一点，他的角色看着外星人，但过了一段时间他们才意识到他们是外星人。 为了证明人类在识别令人惊讶且简单的“外国”事物方面的弱点，西班牙科学家最近进行了一项实验，其灵感来自 1999 年著名的心理学研究。
回想一下，在最初的版本中，科学家要求参与者完成一项任务，同时观看一个令人惊讶的场景——比如一个穿着大猩猩的男人——一项任务（比如计算篮球比赛中的传球次数）。 . 事实证明，绝大多数对他们的活动感兴趣的观察者......没有注意到大猩猩。
这一次，加的斯大学的研究人员要求 137 名参与者扫描行星际图像的航拍照片，并找到由智能生物建造的看似不自然的结构。 在一张照片中，研究人员附上了一张伪装成大猩猩的男子的小照片。 45 名参与者中只有 137 人，即 32,8% 的参与者，注意到了大猩猩，尽管他们清楚地看到了它是一个“外星人”。
然而，虽然代表和识别陌生人对我们人类来说仍然是一项艰巨的任务，但“他们在这里”的信念与文明和文化一样古老。
2500 多年前，哲学家阿纳克萨哥拉斯相信生命存在于许多世界上，这要归功于将生命散布在宇宙中的“种子”。 大约一百年后，伊壁鸠鲁注意到地球可能只是众多有人居住的世界之一，而在他之后五个世纪，另一位希腊思想家普鲁塔克提出月球可能曾有外星人居住。
如您所见，外星生命的想法并不是现代时尚。 然而，今天，我们已经有了有趣的地方可以寻找，以及越来越有趣的搜索技术，并且越来越愿意找到与我们已知的完全不同的东西。
但是，有一个小细节。
就算我们设法在某个地方找到了不可否认的生命痕迹，我们的心不会因为不能快速到达这个地方而感到更好吗？
理想的生活条件
生态圈/生态区/宜居区中的行星,
也就是说，在恒星周围形状类似于球形层的区域中。 在这样一个区域内，可能存在确保生物体出现、维持和发展的物理和化学条件。 液态水的存在被认为是最重要的。 恒星周围的理想条件也被称为“金发姑娘区”——来自盎格鲁-撒克逊世界著名的儿童童话故事。
足够的行星质量。 某种类似于能量的状态。 质量不能太大，因为强大的重力不适合你。 然而，太少将无法维持大气，从我们的角度来看，大气的存在是生命的必要条件。
大气+温室效应。 这些是考虑到我们当前的人生观的其他因素。 当大气中的气体与恒星的辐射相互作用时，大气会升温。 对于我们所知的生命来说，在大气中储存热能非常重要。 更糟糕的是，如果温室效应太强。 要“恰到好处”，您需要“金发姑娘”区域的条件。
一个磁场。 它保护地球免受最近恒星的硬电离辐射。
