世界上有没有“另一地球”?地球之外是否存在生命?外星人到底在哪里?人类的星际探索终于成书,找到外星人也许不再是神话!这是有趣的外星生命探索指南,更是中国科学院国家天文台研究员苟利军的大爱之书。
1. 令人难以释卷的天体生物学入门读物,有趣的外星生命探索指南,专业人士对天文学前沿研究的幽默总结。开普勒太空望远镜、火星车“好奇号”和“新视野号”探测器,你想知道的有关地外生命的疑惑均可在这本《群星都是你们的世界:在宇宙中寻找外星生命》中找到答案。
2.中国科学院国家天文台研究员苟利军、《华尔街日报》《太空评论》《出版者周刊》等专家、媒体推荐好书。
3. 科技达人、好奇星人新福利!为《火星救援》提供现实版科普指导,为《来自星星的你》提供强大的科技支持,让天文与科技更加融入地球人的生活。
改变世界的,不是超人,而是科学!
这是一本令人难以释卷的天体生物学入门读物,也是有趣的外星生命探索指南。为《火星救援》提供现实版科普指导,为《来自星星的你》提供强大的科技支持,让天文与科技更加融入地球人的生活。
世界上有没有“另一地球”?地球之外是否存在生命?如果给你40亿美元,你打算从何时何地开始寻找外星生命?这就是《群星都是你们的世界》研究的话题。
早在太空旅行成为可能之前,地球之外是否存在生命的问题就已经深深吸引着我们。在这本精彩的作品中,天文学家乔恩•威利斯不仅向我们介绍了天体生物学这门科学,也呈现了在银河系中找到其他生命的可能性。
威利斯向我们描述了包括开普勒太空望远镜、火星车“好奇号”和“新视野号”探测器在内的太空探索任务所取得的全新成果,让读者想象出五种找到外星生命的可能图景,并从其中做出选择。他鼓励我们猜想火星地下冰层中是否可能存在生命,揭示了欧罗巴和恩克拉多斯这两个拥有水冰的卫星上存在生命的重大可能性,又以我们这颗行星的悠久历史为镜,探索了土星的卫星泰坦。他甚至将目光投向太阳系之外,在众多地外行星中调查了那些有可能成为“另一地球”的候选者,并想象了无线电信号从太空深处来到地球的可能。
本书覆盖前沿研究,十分易读,让掌握了基础知识的读者可以自己决定向何处寻找外星生命。当然,如果有一天,我们发现了新的智慧文明,希望我们可以学会与他们和平共处。
第四章 太阳系生物学巡礼
关于太阳系,天体生物学在观念上为我们带来的最大变化就是:我们开始将它视为一个能让生命持续的栖息地。截至目前,太阳系的第三颗行星地球上的生命就是已知生命的全体。然而,我们已经知道,导致生命在地球上产生的条件并非像我们曾经以为的那样独特。早期地球提供了三个基本要素:能量、液态水和复杂的有机化合物。促进地球生命产生的第四个要素则是地球环境的稳定性:在地球历史上,前三个要素都在漫长的时间中多少保持了稳定的存在,使得生命不仅能够出现,还能够发展壮大。
在这次太阳系之旅中,我们将会发现,以上条件并非地球所独有。即便是太阳影响所及的最边缘地带也有能量存在(尽管有时候相当稀缺)。我们也在好几个重要的地方发现了液态水可能存在的线索(而且还是相当明显的线索)。我们还在木星的卫星泰坦上直接观测到了真实液体——液态的乙烷和甲烷。最后,我们在整个太阳系范围内都探测到了复杂有机化合物的踪迹:它们不仅出现在木星和土星的卫星上,也搭乘彗星和小行星的便车四处飘荡。
那么,我们应该据此认为生命在太阳系中大量存在,并带着几乎压抑不住的诡异笑容坐等我们到来吗?这个问题的答案恐怕真值64 000美元。 i我们依然不知道大自然是如何从一堆诱人的原材料中演化出生命的,即便在地球上也是如此。当前我们期待着太阳系中会有生命在等待我们,这种期待基于我们对太阳系中各行星和卫星的物理状况的详尽知识。此外,我们在地球上发现了嗜极微生物(它们在曾被认为最致命的恶劣环境中活得有滋有味),因而了解到生命远比我们原以为的更加坚强,也更能适应环境,而且这种了解还在不断增进之中。
我们将在后文中对太阳系中的行星和卫星进行细致的探讨,因此我打算在本章为后文的探讨设定一个背景:我们这个太阳系的物理构成(或者你更愿意用地质学这个词)到底是什么样的?有哪些行星和卫星在我们对生命的搜寻中具有特别的意义?哪些行星和卫星(如果有的话)会被我们视为不适宜生命存在从而排除在外?我们先花上一点时间,来了解一下近60年的太空探索如何令人类与太阳系中的行星和卫星亲近起来:我们从过去的太空任务中都学到了什么?航天器如何抵达目的地,又是如何被制造出来的?谁为它们买单?我希望以上这些问题能让我们做好跃入太阳系的准备,能让我们开始考虑前往那些最优先目标的未来探测任务,并对它们成功的可能性进行评估。
太阳:炽热气团
就许多方面而言,太阳就是我们这个太阳系本身。要理解这一点,最简单的办法是取出一张方格纸,在纸上画一个10×100的矩形。如果我们用这1 000个方格代表太阳系的总质量,那么其中近999个都属于太阳。木星和土星则占据了剩下的一个多一点方格的大部分。至于我们的地球,几乎连个小黑点都算不上。
有了这张图,我们可以很容易看出太阳在太阳系中占据何种统治地位。太阳核心发生着核聚变,以光子及其更神出鬼没的近亲——中微子的形式释放出能量。这些光子携带的能量高得惊人,因此我们这时应该将它们叫作伽马射线和X射线了。在向外扩散的过程中,它们被太阳外层大气中的原子吸收并再次释放,能级降低,直至逃出太阳光球层的笼罩,成为我们今天看到的日光。
今天,地球上几乎所有生命——从进行光合作用的生命体到位于食物链上更高位置并以前者为食的一切生物——需要的能量都来自太阳。然而,这个行星上最能引起天体生物学家兴趣的生物群体中有一部分却不在此列,它们就是那些生活在海底火山口中的嗜极微生物和地壳深处的铁氧化菌。这些家伙完全有资格自成一类,请不要忘记这一点!
边缘之旅
一旦离开太阳,就进入了行星的领域,这个行星系统曾是我们所知的唯一行星系统。回顾过往,我们会发现人类那时候对这种认识相当满意。这个系统秩序井然,与当时的理论预测毫无二致。我们将在后文中了解到:随着围绕远方恒星的新行星系统的发现,人类关于行星系统的许多想当然的认知都被颠覆。不过现在我打算先稍稍浏览一下我们这个太阳系的情况。
位于温暖的内环区域、距离太阳最近的,是类地行星(即与地球相似的行星),其中包括水星、金星、地球和火星。尽管块头和表面状况各不相同,但本质上它们都可以说是一大块岩石(大部分是硅铁矿物)。类地行星拥有的卫星很少,除了月球之外,就只有围绕火星运行的福波斯和得摩斯。从火星往外,我们会看到小行星带。这是早期太阳系留下的破碎遗迹。它们一直未能摆脱木星引力的影响,因此无法聚拢成为一颗独立的行星。
在前往木星的途中,我们会穿越一个无影无形却十分重要的边界——冻结线。在这个距离上,不断衰减的阳光已经大大减弱,以致简单的气体如水蒸气、氨气和甲烷等都会凝结成固态的冰粒。因此,在冻结线之外,岩石不再是在碰撞中成长的行星的唯一建筑材料——冰也加入了这场游戏。在这种情况下形成的就是太阳系外缘的统治者——气态巨行星(或类木行
序 IX
第一章 异星的盛大舞台 001
从旧世界到新世界 006
火星异客出现的可能性 009
数以亿万计的行星? 013
那是生命,吉姆,但不是我们所知的生命 017
接触 019
亿万英里的远航 021
注释 023
第二章 宇宙适合生命存在吗? 027
夜空黑暗,却遍布星辰 029
星云的领域 032
时钟嘀嗒作响 035
我们都是恒星物质 037
我们在宇宙中的位置 041
银河系之外 044
没有尽头的宇宙 045
注释 046
第三章 生命究竟是什么? 049
地球岛 054
达尔文的胜利 056
冥古世界 059
太古宙:古老生命的回响 061
第一万亿天:地球变绿 063
进化的盛宴 067
数量就是分量 068
生命的火花? 070
它来自太空! 074
未知领域 076
第二次创世记? 079
天体生物学地图 081
注释 082
第四章 太阳系生物学巡礼 085
太阳:炽热气团 089
边缘之旅 090
日光所及 093
生命之水 094
金发姑娘与三颗行星 096
泛种论:一种不敢说出名字的理论 099
勇敢前行 102
飞掠器:与行星擦肩而过 103
轨道器:捕捉路过的行星 104
着陆器:这只是一小步 106
漫游车:游荡的初级科学家 108
样本返回:留下的只有轮印,带走的只有岩石 109
表土上的足迹 110
基本事实 111
“旅行者2号”:最壮丽的航程 113
在远方思念家园 116
注释 117
第五章 火星:沙漠之谜 119
水世界 123
2001:新的太空奥德赛 125
火星?死星? 128
“海盗”传来的信息 130
甲烷、洛夫洛克和洛厄尔的现代故事 132
地球生命能在火星上生存吗? 137
寒冷气候中的生命 140
冰箱中的生命 141
新希望 142
ALH84001 147
瞄得更高,投得更远 151
寻找火星生命的最佳机会? 152
发现,开挖,走人 155
残酷的现实 157
对火星的载人探索 159
注释 161
第六章 欧罗巴与恩克拉多斯:水生生命世界? 165
伽利略卫星 167
会变戏法的欧罗巴 170
新伽利略 171
下降,下降,开始工作 172
了不起的木星! 173
潮汐、谐振、能量 176
深渊之火 179
冰封之下 182
“伽利略号”的壮烈死亡 187
恩克拉多斯的奇迹 191
线索:羽状烟柱 193
注释 196
第七章 泰坦:大自然的石化工厂 199
隐晦的字谜 202
泰坦的朦胧阴影 204
奇妙新世界 205
泰坦殊异 208
水:生命的灌肠剂 210
泰坦上的“金发姑娘” 213
对生命而言,多冷才是太冷? 216
不愿面对的事实 217
乙炔被谁吃光了? 219
泰坦之旅:无畏的漂流 222
不要温和地走进那良夜 226
注释 227
第八章 系外行星:没有尽头的世界 231
如何捕捉一颗公转中的行星 234
一闪一闪亮晶晶 235
开普勒其人 238
航天器开普勒 241
热木星…… 245
……还有超级地球! 247
多样世界 248
天堂与地狱 251
大海捞针 254
“伽利略号”:我们能探测到地球生命吗? 255
光芒夺目 258
洛夫洛克的梦想:我们能在地球2号上找到生命吗 261
未来依然光明 263
注释 267
第九章 寻找地外智慧生命 271
遥望千万光年之外 274
和我们一样? 276
德雷克公式 277
意外之喜 282
拔掉插头 285
手机上的SETI@Home 287
注释 289
第十章 (外星)生命的意义? 291
暗淡蓝点 294
根本问题 297
保持无畏 300
我们可以成为英雄 303
注释 305
参考书目 307
致 谢 321
自1609年伽利略将望远镜指向天空的那一刻起,就已经注定了人类的未来是星辰大海。宇宙之广,令人惊叹。而在惊叹之余,人们不禁发问:人类是*的吗?生命是什么?生命产生的条件是什么?宇宙中的生命和我们地球上的生命一样吗?有无发现任何地外生命?有关地外生命的疑惑均可在这本《群星都是你们的世界》中找到答案。这本书作者以优美的笔触,带领我们简单回顾了人类认识宇宙的历史之后,给我们展现了人类搜寻地外生命的宇宙画卷,让人读来心潮澎湃,非常值得推荐。
——中国科学院国家天文台研究员 苟利军
(乔恩•威利斯)传达的不仅有必不可少的科学怀疑主义,更有巨大的热情。
——《华尔街日报》。
鼓舞人心之作……威利斯以幽默、简洁和令人亲近的笔触,有力地呈现了我们在宇宙中并非孤独的证据——这种证据仍然有赖于条件,但也在不断增长。
——《出版者周刊》
(威利斯)清晰地呈现了外星生命有可能存在于近地天体上的理由。
——《温尼伯自由新闻报》
这是一部对天体生物学的简洁概览。关于在太阳系内部和更远的太空中寻找生命的问题,本书不仅介绍了我们已经了解的东西,更重要的是讲述了我们尚未了解的东西。
——《太空评论》
乔恩•威利斯写出了一本令人难以释卷的天体生物学入门读物,内容生动、活泼而又不失严谨、专业。关于外星生命搜索问题,《群星都是你们的世界》不仅穷尽了太阳系中的种种可能性,并且走得更远。
——李•比林斯,《五十亿年的孤独:在繁星间寻找生命》作者
《星际穿越》是在宇宙中其他地方发现生命的重要而又简单易懂的调查研究。从太阳系其他恒星周围的行星中寻找生命的可能,以及我们怎么去寻找它们的生动指南。
——肖恩•卡罗尔,《大画面:关于生命的意义、起源和宇宙》作者
一部非常有意义的作品……对卫星和行星探索的全新研究成果,寻找太阳系内外生命痕迹的经典之作。——史蒂芬•本纳,《生命,宇宙和科学方法》的作者