怎么寻找外星生命？

#外星生命探索

最近有两条关于外星人的新闻接踵而至，一条，是两年前就被扒过皮的人骨和羊驼枕骨胡乱拼凑而成的“外星人遗体”，不值一驳；另一条，是系外行星K2-18b的大气发现疑似生命产物，被报道为“发现外星人！”，这就要认真聊聊了。

旅行者号携带的“地球之声”金唱片

人类孤独吗？如果看基数，算概率，茫茫宇宙不该只有我们自己。人类已经通过无人航天器，向太空中发放了好几张地球名片，也曾向遥远的星团发射过精心编码过的二进制图像。这些举动或许很幼稚，风险巨大。那么，我们只看不说，静静观察宇宙，能否找到外星生命呢？

在这里，我们设定外星生命不太离谱，它们是物质构成的实体，需要能量才能生存，并且不能无限适应环境。

所以，我们把发现外星生命的最佳机会放到围绕恒星运行的行星，从那里开始搜寻。

寻找系外行星

目前人类已经发现了超过5500颗系外行星。探测系外行星的方法有好几种，其中径向运动法和凌星光变法是斩获最多的两大主力，也能拿到较多的行星资料。

行星绕转恒星，恒星也会摆动

径向运动法

径向运动法就是侦测恒星朝向或远离地球的周期运动。如果恒星身边有行星绕转的话，这个系统就会像链球运动员似的，行星链球在外面画大圈，恒星运动员在里面画小圈。地球观察者站在侧面，就会看到画圈的恒星和我们时远时近，这就叫径向运动。由于多普勒效应，径向运动会表现在恒星光谱上，当它远离我们时，恒星会略微变红，靠近时则会稍稍变蓝。我们检测到周期性的红蓝变化，就能知道这颗恒星身边有颗行星，通过红蓝变化的周期和幅度，可以计算行星和恒星的距离，以及行星的质量。这种方法的缺点是，由于系外行星的轨道面通常不会刚好和地球侧向对齐，因此我们观测到的只是恒星朝着我们这个方向摆动的分量，求得的行星质量实际上是质量的下限。

凌星光变法

凌星光变法就是行星围绕恒星运动时，如果正好能走到恒星和地球之间，那么它对恒星的局部遮挡（凌），就会使恒星亮度降低一点点。这种亮度变化如果周期性出现，我们就有把握说这是一颗行星，结合径向运动法，疗效更佳。通过亮度变化的幅度，可以知晓行星尺寸。恒星星光会穿过行星大气，我们观测光谱，还能知道行星的大气构成，这对于判断是否有外星生命非常重要，我们一会儿会讲到。这种方法的缺点是行星轨道必须和地球对齐，几率相当小，但是由于基数庞大，所以还是能找到许多。文章开头我们提到的K2-18b，就是通过这种方法找到的。

2012年金星凌日·作者拍摄

探测系外行星的方法还有微引力透镜法（通过相对论的引力透镜效应探测光路偏折）和直接影像法（直接拍摄恒星身边的行星）等等，这些方法有的不易重复验证，有的要求行星够大够热，但这样就对生命不太友好，并且因为太年轻，也来不及孕育生命，所以这里就不介绍了。

筛选合适的恒星

生命能否存在，很大程度上取决于恒星的状态，所以我们可以对恒星做一下筛选，如果恒星状态不佳，那么即使在它这里发现行星，也不用考虑外星生命的可能性了。

恒星的状态可以由赫罗图来表示，这个图的横轴是恒星表面温度，纵轴是恒星的发光能力。

赫罗图

在图中，我们可以放心地排除右上角的红巨星或红超巨星，因为这类恒星已经垂垂老矣，红色就是它们虚弱浮肿的壳层。它们身边的行星，即使曾经拥有过生命，也被恒星陡然膨胀几百倍的壳层烧焦甚至吞噬了。这类恒星的知名典型有参宿四、心宿二、毕宿五。

接下来，还可以排除左上方这些蓝白色的超巨星。这类恒星看似朝气蓬勃，却因为质量太大，核心的氢聚变效率太高，注定英年早逝，活不过一两千万年就会爆掉，而它们的行星在这么短的时间里，还没有冷却到足够宜居呢，更谈不上生命的演化。它们中间的著名代表有参宿二、参宿七、天津四。

左下角的白矮星也可以直接忽略，因为这些早已是恒星的遗体了。

所以，对外星生命的搜寻范围可以缩小到从赫罗图中央到右下角这条从白到红的星带中。这条星带中的恒星，叫做主序星。我们的太阳，就是主序星中的一颗黄矮星。我们要谈到的K2-18这颗恒星，则是一颗红矮星，它离我们大约124光年，质量相当于半个太阳。

分析外星生命的可能性

使用系外行星的观测数据，我们就可以对外星生命存在的可能性做一些推测。

比方说一颗红矮星身边的行星，红矮星的产能效率很低，寿命悠长，所以行星不用太担心主星毁灭的问题。但它必须离主星很近，才能获得足够的能量。问题是，它贴得太近的话，就容易被恒星潮汐锁定，也就是始终保持一面对着恒星，就像我们的月球总是一面朝向地球一样。这颗行星会成为阴阳脸，阴面严寒封冻，阳面酷热难当，如果行星没有强劲的大气循环，生命就只能在阴阳交界线附近找到机会。K2-18b距离主星只有0.15个日地距离，我们怀疑它就是这种情况。

如果行星质量太低，离恒星又太近，就很难留住大气层。宇宙射线长驱直入，对生活在地表的生命会带来严酷的挑战。这里的生命只能转入地下，依靠行星热能或化学能生存，在地下也有机会找到用于物质交换的液态溶剂。

如果行星质量较大，表面重力较高，那么它对个头矮小、骨骼坚韧、肌肉发达的生物会更加友好，身体大一点，就只能生活在流体里。K2-18b的质量是地球的8.6倍，并且很可能更像海王星，没有坚实的地面，我们以人类的经验揣度，感觉这里即使演化出智慧生命，它们的科研工作也会举步维艰，鸟类这样的生物也许不会存在，摆脱重力探索太空就更困难了。在这种星球上，投枪、子弹飞不了太远，战争上限可能是手持型冷兵器的部落械斗。

使用凌星光变法探测到的行星，是最有机会直接发现外星生命的。恒星星光穿过行星大气时，各种成分的大气分子会吸收掉各自的特定波长。通过分析光谱，我们可以判断出行星的大气成分。假如发现一些物质，通过非生化反应无法合成或稳定存在，那就是外星生命的强烈证据了。

比如我们的主角K2-18b，韦布空间望远镜在它的光谱中发现了二甲基硫（DMS），这种物质不在已知的星际物质列表中，而在地球上，我们知道它可以由浮游生物合成，所以科学家对此十分兴奋，这些物质背后的含义，还需要进一步研究挖掘。

能不能说“在K2-18b发现外星人”呢？恐怕还为时尚早。早多少呢？按照地球的经验，浮游生物和智慧生物还差着十几亿年，至少，单从二甲基硫上，还看不出工业化的迹象。

一切只是求知

外星生命话题，只是对人类探索未知的一部分。在5500多颗系外行星的搜寻工作中，科学家实际上并未刻意回避“一看就不合适”的那些恒星。人类感兴趣的是：这世界还有多少可能性，是我们始料未及的？

我们巡视遥远恒星的同时，也没有忘记近在咫尺的太阳系内的邻居们。比如火星，对它的认识，从发现水合矿物，到发现液态水遗留的波纹，再到发现现存液态水的证据，对它的每次脚踏实地的探访，都带来意料之外的惊喜。天问一号已经大获成功，2024年中国还有其他航天任务 ，在探索包括生命现象在内的宇宙未知领域上，我们正在稳健地迈出每一步。

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