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時間: 2019年06月25日 | 作者: 楊心舟 | 來源: 環球科學(huanqiukexue.com)
除了在宇宙中探索地外文明的信號,地球上還有一群“孤獨的”科學家,他們在廣袤的大地上探尋“外星生命”存在的線索。


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金百莉?沃倫-羅茲


數十年來,天體生物學家都在嘗試搜尋外星生命存在的證據。他們有的在漆黑的宇宙背景中搜尋地外生命可能的信號,還有人在地球上生存環境最嚴峻的地方尋找極端生命。而在極端環境中,每一次發現生命都意味著,我們鄰近星球上類似的環境中或許也藏匿著頑強的生命體。


本刊記者?楊心舟


在《銀河系漫游指南》中,地球被毀滅,男主角亞瑟 ? 登特(Arthur Dent)在外星朋友的幫助下得以及時逃離,不過也一瞬間淪為了宇宙中唯一的地球人。他通過蟲洞穿越,完成了最遙遠的星際航行,見識到了宇宙彼岸先進的外星文明。但最後他的心願卻是回到自己的舊房子,喝上一口熱氣騰騰的英式紅茶。即使周遭的鄰居平時讓他煩困不已,他仍向先進文明許願能將地球變回來,因為他覺得自己作為唯一的地球人實在是太孤獨了。


我們也許很難體會這類孤獨感,畢竟我們的周圍總是熙熙攘攘的人群,有時甚至會為擠不上一趟地鐵而發愁。但如果將眼界放大,你或許就能感受到我們的孤獨與渺小,地球對于宇宙來說只不過是滄海一粟,而相對于宇宙存在的年齡,整個人類的歷史也就相當于 1 秒鐘。至少從目前來講,人類在宇宙中可能是孤獨的,甚至可以說地球生命是孤獨的,因為至今沒有任何證據顯示外星生命是存在的。但這激起了一群科學家對這種孤獨感發起挑戰,從上世紀 50 年代開始,天體生物學開始興起。科學家不斷向太空中發送衛星探測器,收集宇宙背景下不同尋常的信號,在地球的極端環境中尋找生命的跡象,或者將地球生命送到太空中進行測試,一切都是為了探索地外生命存在的可能性。


每當夜幕降臨,抬頭仰望星空時,你會發現在這漆黑又無垠的穹頂中充斥著無數星光。而在世界各地的天文台,也有許多望遠鏡在與你同步觀測著這片星河。通常肉眼可見的恆星大部分都來自距地球不超過 1000 光年的範圍,基本上就局限在銀河系的一個小角落。不過,哈勃望遠鏡在引力透鏡效應的幫助下,觀測到了 90 億光年外的藍超巨星 LS1。


英國諾丁漢大學的天體物理學家克里斯托弗 ? 孔塞利切(Christopher Conselice)曾在 2016 年的研究中估算了宇宙中的星系數量,根據他的研究數據,在可觀測的宇宙部分盤踞著大約有 2 萬億個星系,而每一個平均大小的星系中大約有 1000 億顆恆星,行星更是不計其數。面對這些數字,你也許能感受到亞瑟的那份孤獨感了。許多天文學家都嘗試在這茫茫的星海中,尋找適宜生命生存的行星。天文學家弗蘭克 ? 德雷克(Frank Drake)在 1961 年還提出過影響天體生物學進程的德雷克方程,用于判斷外星文明存在的可能性。


德雷克方程涉及了許多變量,比如擁有行星的恆星的數量、位于宜居帶的行星數量等。之後的 50 多年里,宇宙學家一直都在不斷地對方程進行更新,比如在德雷克寫下方程時,科學界還不清楚是不是所有的恆星都如同太陽一樣有行星圍繞,而現在已經可以確定絕大部分恆星都有行星。德雷克建立該方程的目的就是得出一個具體的數值,這個數值可以決定我們尋找地外生命是否具有意義。如果數值結果接近于 0,那麼大費周章構建出太空望遠鏡來探索生命就是浪費時間。不過根據該方程,德雷克曾樂觀地推斷,銀河系中存在著一些智慧生命。


最近四次的天體生物學十年評估中,美國國家研究委員會(National Research Council)都強調了尋找遙遠文明電磁特征證據的相關性和重要性。而在美國加利福尼亞州的山景城,地外文明搜尋研究所(SETI,Search forExtraterrestrial Intelligence)的科學家一直為此在無垠的星際中尋找外星信號,一些科學家也稱這項工作就是宇宙中“孤獨的巡查者”。過去,SETI 在相關實驗中檢測到了一些無法解釋和有趣的信號。其中最著名的是 1977 年,在俄亥俄州立無線電觀測台檢測到的“WOW”信號。遺憾地是,這些信號都沒有被再次檢測到,因此 SETI 的研究人員也無法判斷這些信號是不是外星文明發射而來。對于外星信號來說,只有當它們不止一次被發現時,這些信號才有可能是可信的。


除了在宇宙中探索地外文明的信號,地球上還有一群“孤獨的”科學家,他們在廣袤的大地上探尋“外星生命”存在的線索,金百莉 ? 沃倫 - 羅茲(Kimberley Warren-Rhodes)就是其中之一,從十幾年前至今,她一直就職于美國航空航天局埃姆斯研究中心(NASA's Ames ResearchCenter),並且是 SETI 研究所的首席科學家之一。這些年,她一直都在踏足世界上生存環境最惡劣的地區——北非的撒哈拉沙漠、智利的阿塔卡馬沙漠以及中國西北的大片荒漠地區,而在險峻叢生的戈壁灘中,放眼望去只有綿延無盡的黃色沙石。


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很多時候,這些區域就連當地人都不願前往,引路的司機出發前都會反復詢問金百莉“為什麼要去這種地方?你管這些石頭做什麼?”司機往往在渺無人煙的荒漠中心將金百莉放下,就立馬返回附近的補給點幫她取水,增添補給品。在白天烈日的炙烤下,荒漠和戈壁灘的溫度可以達到 50 攝氏度以上。為了抵擋紫外線、隔絕炎熱的大地,金百莉穿著厚厚的防曬服和沙地靴,“我感覺整個人都要燃燒起來了,血液都是沸騰的狀態。”金百莉告訴我們,在這茫茫沙海中,你才能體會到什麼是孤獨感,整個現代社會已經與自己完全失聯,徒步數千米甚至看不到任何動物、植物和生命的跡象。


但也正是這種孤獨感的存在,當金百莉探尋到生命痕跡時會感到格外興奮。她曾在新疆戈壁灘中的一塊石頭下,發現了一排綠色的痕跡,那是被稱作最頑強生命體的藍細菌生存的證據。在那一瞬間她終于發現,在沙漠中不再是孤身一“人”。許多年間,金百莉在中國的托克遜、若羌和索爾庫沙漠都留下了自己的足跡。就像金百莉說的,你在越極端的環境下越可能有意想不到的發現,生命的頑強程度難以預測。


帶著更多對天體生物學與外星生命探索的問題,《環球科學》對金百莉進行了一次專訪,這一過程中,我們了解到了更多不同尋常的外星生命研究。


《環球科學》︰你為什麼選擇天體生物學作為自己的研究領域?在極端環境下尋找生命體和探索外星生命有什麼關系?


金百莉 ︰這是一個很有意思的問題,因為我曾在大學的時候學習了天體物理學,然後在我到斯坦福大學攻讀博士學位的時候,我將研究方向改變成了環境生物學。之後我到訪了香港和美國,還在中國的沙漠地區開展研究,遇到了許多非常有趣的研究人員,這里面就包括許多美國航空航天局(NASA)出色的科學家。因此我被邀請到 NASA參與博士後的研究工作,由于我會說中文,我開始與中國科學院的科學家一起合作,到中國西部地區開展天體生物學的相關研究。所以,準確來說,其實不是我選擇了天體生物學,而是天體生物學選擇了我。


在極端環境中搜尋生命可以讓我們打破一些固有觀念。在過去,我們一般都認為生命不可能出現在沙漠或者南北極等地區,但是現在,我們在這些地方找到了生命——主要是細菌,這就說明有些生命可以適應某些極端環境。在未來,一旦在其他行星或衛星上發現相似的環境,就間接說明這些星球可能存在外星生命。


《環球科學》︰科學家在尋找外星生命時,都會把水當做重要的因素,外星生命能否以其他分子為基礎生存?


金百莉 ︰最重要也是最關鍵的原因就是,我們目前已知的所有地球生命,無論是人類、植物還是細菌都依賴水來生存,這也是為什麼當下天體生物學都強調水是最基本的生存元素。而要放到宇宙中來說,目前所有關于外星生命的構造都只是推測,我們只能通過已知的生物學框架來構建線索和模型。因此,我們在尋找外星生命時,重心都是在尋找有水的行星或者衛星。


就拿我自己研究的例子來說,我曾經探訪過各種極端的環境,即使這些地方非常炎熱或極度寒冷,但只要有水的存在,我都能找到生命存在的痕跡。而每當一些地方嚴重缺水,環境十分干燥,這時想要形成生命就變得很困難。除了一些超級頑強的細菌,其他生命是沒有辦法在這類環境下生存的。我們不認為宇宙中只存在依賴水而生存的生命,但就目前科學的進展來說,我們必須從水出發來尋找生命。當然,你也可以放開思維,想象其他類型的生命是靠別的分子來生存的。


《環球科學》︰你在這麼多年的研究中探訪了哪些極端環境,地球上有沒有不存在生命體的地方?


金百莉 ︰以我現在的經歷來說,地球上沒有一個地方不存在生命。我以為智利的某些區域有機會打破這一定律,但還是失敗了。我曾踏足過青海和新疆的高原沙漠地區,但是仍能在一些土壤底層和岩石下方找到極微量的生命體,它們已經演化出在這種極度炙熱和殘酷的環境下生存的方式。


就我來看,細菌是一種非常聰明的生命體,它們極善于搜尋適合自己生存的地方。就算是地球上環境最嚴峻的區域,它們也能找到生存之道。在接下來的數十年中,我們肯定還會在海洋深處、極地冰蓋或極深的洞穴中找到更多的生命體。中國讀者比較熟悉的極端環境可能是中國西北的戈壁灘,但細菌也沒有讓我失望,它們會棲息在戈壁中的碎石下面,藏匿在鹽顆粒中,更有甚者會隱匿在一些洞穴中與外界環境隔離開來,它們甚至都見不到陽光,獲取不到能量,但還是以我們想象不到的方式存活了下來。我很有信心,細菌這樣的生命體也能在其他星球的極端環境中找到可以生存的棲息地。


《環球科學》︰這些在極端環境下生存的生命有沒有可能是來自外太空的隕石帶來的?


金百莉 ︰就目前的發現來說,我們並不清楚是不是這樣。因為,不同的星球的環境都是不一樣的。就算是臨近的火星,也與地球經歷了不同的地質變遷。我們有可能就是從火星上的一塊石頭而來的,也可能是地球孕育出來的。這個問題我們還沒有明確的答案,所以不排除是隕石給地球帶來了生命,當然,這一切目前都是推測。


《環球科學》︰ SETI 還有哪些研究方向?這些年有哪些科學進展促進了 SETI 的成長?


金百莉 ︰SETI 還有一部分研究團隊一直在嘗試尋找地外信號,這是 SETI 建立起來後最具歷史的研究方向。一開始,他們會使用一些傳統的方法,比如檢測無線電、激光信號等。而現在搜尋信號的技術已經得到了更新,不止可以檢測微波信號,還有許多高運算速度的計算機,我認為將來許多 AI 技術也會運用到搜尋信號的過程中來。他們會搜集一切來自地球之外的不尋常的信號,尤其是那種我們現在還不能解釋的信號。


我們現在正處于一個非常棒的時代,我們已經從各種新型的望遠鏡中獲取了海量的數據,這能幫助我們理解宇宙中的許多奇特現象。當我還是一名大學生的時候,我遇到許多宇宙學事件時都會感到不可思議,但是現在隨著望遠鏡和計算機技術的發展,我們對新發現越來越充滿期待。另外就是分子生物學的發展,對天體物理學和天體生物學有著極大的推進作用。從分子層面理解生物,可以解釋生命運作的許多原理和機制,這對于搜尋地外生命是非常重要的。


《環球科學》︰到各種地方中尋找外星生命非常耗時耗力,為什麼不在實驗室創造一些極端環境來測試生命體的形成能力?


金百莉 ︰現在有一些科學家正嘗試這麼做,但是想要重構出生命形成的環境是非常困難的。我曾經有過這樣的嘗試,實驗有非常多的變量需要搭配,這往往會產生無數種的組合,你光要把這些組合列舉出來就不是一件簡單的事。另外,在生物學研究中,不同的測試之間只能對一個變量進行改動,但是自然界是不會有這種限制的,很可能一次性就出現數百種因素的改變,包括化學分子、環境濕度、紫外線輻射。像我們在中國和美國不同地方找到的土壤,都很難完全在實驗室進行重構和比較,更別說測試這些環境下的生命生長過程了,但仍有科學家在為此努力。


《環球科學》︰基于現在已有的發現,你認為火星上存在或存在過生命嗎?


金百莉 ︰我認為火星是存在生命的,當然即使存在,這些生命應該也是在深層火星土壤中。不過通過現在的證據來看,在火星表面應該是不大有可能找到生命的,因為火星表面會受到很強的輻射,並且很干燥,溫度極低,這種環境應該很難有生命可以存活下來。但即使火星表面環境很不適合生存,我也不想完全否定這種可能性。


因為很長一段時間里,我們都認為火星上從來都沒有水,但是現在看來之前的想法是完全錯誤的。科學是一個不斷進展,不斷糾錯的過程,我們會修正那些已有的錯誤數據,當然,僅憑過去的設備和技術,這些數據在當時看起來是沒問題的。不說太遠,就在十幾年前,我認為中國、非洲和智利的很多極端環境都不會有生命存在,但現在,我已經被自己在這些地方發現的細菌所震撼。而從已有的證據來看,我覺得火星的生命肯定能夠找到一種我們意想不到的方式生存,它們可能就藏匿在火星深層的土壤中。


《環球科學》︰在未來 10 年,你認為天體生物學領域可能會有什麼值得關注的發現,或者你有什麼期待?


金百莉 ︰天體生物學在很多方面其實還處于探索階段。在未來 10 年中,我特別期待一些在太陽系的天體上探索生命的計劃,尤其是對木衛二(Europa)和土衛二(Enceladus)冰下海洋的生命探索計劃,還有火星上的許多探測器可能帶來的新發現也是十分值得期待的,比如弄清楚火星深層土壤是否有生命。甚至,不排除在未來我們能在火星上找到遠古生命的化石,尤其是在一些過去的溫泉口附近。在未來 20 年,各國之間在天體生物學上的研究合作也會越來越密切,這將對外星生命探索計劃有重要推進作用。


《環球科學》︰在你的想象中,外星生命是什麼樣的?


金百莉 ︰在我的想象中,外星生命可能和其他人想的並不一樣。一般大家都會認為,科幻電影中的 E.T 就是外星人的形象,但我的想法會更簡單。我曾在中國艾丁湖發現過許多居住在鹽環境下的細菌,它們在顯微鏡下看起來非常美麗——亮得發紅,就像一些血細胞一樣。這就是我想象中外星生命的樣子,這些小生命看起來會非常驚人,甚至五彩斑斕,但最重要的是,它們的生存能力會特別強,非常善于從環境中獲取能量和水。


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