长期以来,人们一直在茫茫宇宙中寻找着未知的外星生命,其中那些具有与地球相似的地质环境的行星被称为“类地行星”,也被认为是外星生命最可能存在的地方。但是,这些行星真的像地球一样吗?
外星岩石不一样
类地行星指的是以金属为核心,岩石构成地壳的固态行星,科学家认为,这样的行星与地球类似,容易获得相似的磁场和海洋,适合生命生存。可是,他们没想到,虽然外星岩石表面看上去与地球岩石没两样,它们的内里却是大不相同。
科学家们已经知道,一旦某个主序星(就像我们的太阳)能量耗尽,它首先会膨胀成红巨星,然后缩小变成白矮星,在此过程中会捕获周围轨道上的行星,来自行星上的岩石物质会“污染”这些白矮星。通过分析白矮星的大气层中的物质,寻找原本不应存在于白矮星中的元素,比如钙、硅、镁和铁等;然后通过测量不同元素的丰度,科学家们可以计算出它们最初所在行星的矿物和岩石的组成。运用这个方法,美国加利福尼亚州立大学的研究人员凯斯·普提尔卡和许偲艺分析了距离地球650光年左右的23颗白矮星,对外星岩石有了一些了解。
令人惊讶的是,研究人员发现外星岩石的组成与地球岩石不太一样,外星岩石以钙、镁和铁等金属元素为主,但地球岩石中常见的硅含量却很低;反过来,外星岩石中常见的铁纹石在地球上却难觅踪影。铁纹石具有金属光泽,呈灰色,是由铁和镍金属矿物组成,地球上的铁纹石主要通过陨石带来。
而且,外星岩石的类型比我们太阳系的岩石类型更多样化,其中大部分从未在地球上发现过。橄榄岩是一种富含镁铁硅酸盐的岩石,是由快速冷却的火山岩浆形成的,方解石则是一种碳酸钙矿物,是海水、矿床和岩浆中的碳酸钙经过长时间的沉积而成的。这两种岩石无论组成还是成因都截然不同,在地球上从未共存过,但是被科学家称为“方解石橄榄岩”的岩石在太阳系外的类地行星中却不鲜见。此外,“石英辉石岩”“方镁石纯辉石”和“方镁石方长石”等也是地球上从未发现的新型石头。
石头撑起了星球
科学家不知道这些外星岩石是如何形成的,但他们知道,不同的岩石类型会塑造不同的星球。
行星形成初期,内部温度很高,大部分物质处于熔融状态,火山很容易喷发,高温使得液态水无法留存,海洋和湖泊无法形成。漫长的时间之后,行星的地质活动变缓,温度开始下降,岩石固结,其中较重的物质沉向内部,形成地核和地幔;较轻的物质则分布在表面,形成地壳。当温度降到比水的沸点更低时,水蒸气开始凝结,倾盆大雨从天而降,雨水流入地势低凹的地方,就形成了原始海洋。
而陆地和海洋究竟该“长成”什么样子则是岩石决定的。以地球为例,瓢泼大雨持续冲刷大陆地壳,将原本存在于陆地上的岩石——玄武岩冲入海中,使海底沉积物越积越厚,直到将海底的地层压垮。海底的地下熔岩喷涌而出,这些岩浆冷却之后就变成了花岗岩。久而久之,这些花岗岩在浮力的作用下升出海面,形成岛屿。更多的花岗岩聚在一起,就会连成一片巨大的陆地——大陆。
大洋地壳的主要成分是玄武岩,它的密度大约是2.9克每立方米;大陆地壳的主要成分是花岗岩,它的密度大约为2.7克每立方米。因为大洋的地壳比大陆的要重一些,它往地底下陷的深度更深。而大洋地壳的平均厚度又比大陆地壳薄得多,大洋的地质活动比大陆更剧烈,比如地震更频繁、烈度也更大,表面上看,大陆反而显得“风平浪静”。这样地球就形成了以海洋为主、海陆面积相对稳定的外观。
而外星岩石与地球岩石不太一样,这一切也就会发生变化:如果外星岩石能比地球岩石吸收更多的水,海洋面积会变得更小;如果外星岩石能承受更高的熔化温度,会形成比地球地壳更薄的岩层;如果外星岩石比地球岩石更脆弱更易分解,板块活动就会更频繁更剧烈,海陆形态瞬息万变……
岩石与外星生命
岩石的不同不仅影响着陆地和海洋的形态,也决定着可能出现的生命。
我们现在基本形成共识,生命起源于海洋。不过,与其说起源于海洋,不如说起源于海洋岩石。在大洋底部,岩浆活动频繁而剧烈,它们从洋底喷涌而出,形成一座座海底的山岭,海水沿着山岭裂隙流动,在炽热岩浆的加热下就形成了深海热泉。在深海热泉周边,温度高,酸性大,海水容易与岩石发生化学反应,产生生物可以利用的物质。
美国科学家发现,北大西洋的深海热泉附近的海水会与地幔岩矿物中的铁发生化学反应产生氢分子,有一些原始的微生物以这种氢分子为食。当滚烫熔岩遇到冰冷的海水时会析出碳酸盐,这可能构成微生物的骨架。这些生物与数十亿年前地球上存在的生物相似,可能与我们地球上最早的生命形式密切相关。可以想见,如果外星球有与地球相同的岩石和同样的水,它们就可以拥有在地球上同样的化学过程,从而孕育出类似地球上的基本生命形式。
但是,如果外星岩石与地球岩石存在着重大差异的话,外星生命与地球生命相似的可能性就低了。地球上所有的生命都是碳基生命,地球生命之所以青睐碳基,首先是因为地球上拥有丰富的碳元素,而且碳元素稳定性高,能轻易和其他的原子结合成复杂的有机分子,因此生物会以碳元素作为支架。但如果外星球以其他元素为主,则可能出现不同的生命形态,比如,以铁纹石为主的外星球,也许会出现类似变形金刚这样的“铁基生物”呢。
其实,在外星球的岩石中也确实可能孕育着生命。1969年,一颗名为Murchison的陨石降落在澳大利亚,科学家们在这颗陨石的内部检测出了5种氨基酸;随后,人们陆陆续续从各种陨石中找到了更多的有机物,包括组成核酸的碱基等,比如2019年,有科学家宣称在陨石中发现了核糖,这是RNA的主要组成物质;2020年2月底,科学家们在陨石中首次发现了蛋白质,蛋白质中含有铁和锂两种元素,在蛋白质的尖端上形成了一种铁氧化物,可以利用光能将水分解为氧气与氢气,这个过程中产生的能量可以被生命体利用……
现在,我们谁也不知道,在这些所谓的“类地行星”上,是否真的有我们并未发现的生命生活着?如果答案是肯定的话,它们也许与地球生命很不一样。