8-地外生命概述

西华师范大学公共选修课

天文学概论第7讲地外生命刘宏伟物理与电子信息学院生命的诞生和演化人类从哪里来？我们都产生于几十亿年前的一颗恒星的核心。也曾经是恐龙身上的一局部。地外文明特别应当是存在的，否则，地球人类和文明不就成了奇妙、偶然的东西了吗？固然，也有人认为，就是独一无二的。查找地外生命屡遭挫折，百折不饶。我们是唯一的吗？一、查找太阳系内的生命二、地外生命存在可能性的探讨三、飞碟之谜四、搜寻地外才智生命〔SETI〕五、查找太阳系外的行星系统地球诞生于46亿年之前，诞生时温度较高，大气中的氧气也很少。几亿年后，渐渐冷却，形成地壳；大气中的水汽分散变为雨水，形成海洋；变成了氧气和氢气；变成适于生命诞生和存活的星球。一、查找太阳系内的生命

1，人类的家园――地球地球外表70.8%的海洋使它成为美丽的“蓝色水球”地球离太阳距离适中，阳光适中，不太冷，不太热，为各种生命的存活供给了根本条件。其它行星都不具备这个条件。地球质量适中，能够维持住海洋和大气层。水是生命孕育和进展的必要条件，地球上的水资源特别丰富，地球引力阻挡了水蒸气逃离地球。我们为什么恰好生活在这样一颗星球？2，地球生命大约在36亿年前，地球上开头消失生命，先在海洋里，然后到陆地，先是低级的，然后进展到高级；6亿年前，三叶虫有了完整生命；4亿年前，生命从海洋爬上陆地；生命的孕育需要特别苛刻的条件！需要特别长的时间！地球型生命存在的5个条件1〕适宜的温度；2〕液态的水，或相当于水的某种液体。既是生物体的必要组成局部，也是各种生物化学反响的必要介质。假设是固体，反响的几率很低。3〕适宜的大气层，防止宇宙线和陨石的侵害，爱护水资源。导致生命起源的多种自然有机化合物，需要在大气中通过紫外线照射和电火花才能合成。4〕足够长的时间。生命的发生过程是特别缓慢的。地球上最早的生命发生在地壳诞生后10亿年，到现在已有几十亿年的时间。5〕必要的有机物的化学元素，如氢、碳、氮、氧、铁等。宇宙诞生初期缺少这些元素，所以生命形成也需在宇宙诞生相当长时间之后才能发生。

彗星主要由水、氨、甲烷、氰、氮、二氧化碳、甲基氨的分子组成。彗星瓦解后散落在轨道上的碎片闯入地球大气形成流星雨，落到地面成为陨石。19世纪，开头争论陨石的成分。分析1838年降落在南非的陨石后，觉察其中确实含有氨基酸、核酸盐、碳氢化合物。3，地球上的生命来自彗星和陨石吗？

火星陨石目前，共有12块陨石被确认是来自火星。它们是由于小天体撞击火星被抛入空间，来到地球的。右上图是火星陨石的ALH84001的，分析出由碳酸盐组成的微细管状构造，是36亿年以前火星上存在的原始微生物的化石。在地球南极觉察的火星陨石中，消失了可能是某种微生物的形态构造。太阳系的空间探测没有觉察其它行星和卫星有肉眼可见的动植物。水星是全部行星中外表温差最大的，向阳面的温度最高时可达连锡和铅都会熔化的摄氏430度。但背阳面的温度可降到摄氏零下160度。很难有生命存在。4，查找太阳系内的生命金星温度高达摄氏450度，外表压力为90个大气压。云层的主要成分是硫酸的浓缩溶液及少量的盐酸和氢氟酸。很难有生命存在。火星上没有肉眼可见的动植物，更没有像人类一样的智能动物。火星人、火星水道、火星人放射人造卫星等，已经被证明不存在。木星、土星、天王星、海王星的大气主要是由液态的甲烷、氢和氨构成的。从现在探究的结果来看，存在生命的可能性微乎其微。退而争论行星和卫星的环境，如有没有水、大气及其成分等。探测到火星外表在历史上有水的证据，还发现火星南极有大量氢分子，间接地说明那里有冰冻水的存在。土星的第六个卫星，木星的其次个卫星被探有大气层，认为具有地球类似的演化历史，可能孕育生命。在太阳系行星及卫星上查找水和大气“惠更斯”探土卫六

“惠更斯”探测器于2023年1月14日到达泰坦的外表。发回第一批350多幅照片。证明关于土卫六上具有甲烷河流的猜测；大气浓度约是地球大气的1.5倍；最上面是一层薄薄的岩石外壳；底部有侵蚀的痕迹，曾遭到过河流的冲刷；时速为24千米的风存在；特别类似于46亿年前的早期地球。5，在地球上查找极端恶劣环境下的生物行星和卫星上的自然环境恶劣，没有找到生命的迹象。地球上有些地方的自然环境也是极端恶劣。假设一些生物在地球上的一些恶劣环境下可以生存，在其他行星和卫星上是否也可能存在？细菌和微生物能承受恶劣环境格陵兰冰川下3千米处觉察微生物；深海火山口觉察能够承受高压和高温的细菌；阿塔卡马沙漠的土壤中觉察能够经受住严寒、真空、干旱和辐射考验的细菌；在红海四周盐滩觉察耐盐的细菌；在美国加州金矿毒液中觉察耐酸细菌；在南非矿井中觉察能够从四周岩石和空气中猎取所需的全部养分物质的微生物。地球细菌在月球上存活！地球上的微生物到了在几近真空、布满宇宙射线的月球外表还能连续生存。1969年降落月球的“阿波罗12号”太空船，收回了两年半前无人探测船“观看家三号”留在月球上的相机，觉察其底部带着的地球上的微生物“缓症链球菌”仍旧存活。南极洲冰原深处觉察虾状生物2023年初，美国宇航局的科学家在南极洲180米深的冰原深处觉察了一种虾状生物和一根水母的触须。较简单的生命体能在这样恶劣的环境下生存。有理由认为，在太阳系的一些星球上，如木卫二的冰层下面也可能有类似的生物存在。地球上的生命都是以碳和水为根底，因此称为碳基生命，它们需要肯定的温度环境，并且要有水和氧气，否则就会热死、冻死、渴死和憋死。有些科学家也在思考和探寻这样一个似乎很离奇的可能性，即宇宙中是否可能存在与地球上完全不同的非碳基生命？硅基生命；氨基生命；硫基生命：6，生命的多种可能形式1891年，德国申纳尔提出硅基生命概念：硅与碳在同一族元素中，性质与碳很相像。宇宙中有很多硅，硅化合物的热稳定性使得以其为根底的生命可以在高温摄氏200度甚至到400度下生存。这种生命可以不摄取有机物，而只从宇宙空间中吸取星光维持生命。硅基生命呼出的则是二氧化硅〔沙粒〕。硅基生命液态氨和水有很多显著的化学相像性，液态氨在溶解方面比水更强。液态氨取代水，作为生命所必需的溶液和介质。一个大气压，温度在摄氏-34以下氨是液态，所以氨基生命可能在温度比较低的世界里生存。假设星球外表的大气压很高，如在60个大气压时，液态氨的沸点温度变成98摄氏度，氨基生命可能在高压下生存。氨基生命

元素周期表中硫与氧同族，性质相像。硫在地球上的室温时是固体，高温时是气体。科幻作家构思在温度较高的星球上生存着硫基生物，吃含硫量极高的食物。地球上曾经找到生活在硫矿里的、厌氧的古细菌。很有可能是以硫作为自己生命的介质。它们不需要氧。硫基生命1、宇宙中的有机分子生命进化：由低级生物进化到高级生命；由无生命物质转化为生命物质。射电观测觉察来自银河系内外的星际分子共100多种，构成地球生物的根本元素在宇宙空间的各个方向都有。星际分子大多数由氢、氧、碳、氮、硫、硅6种元素组成。前4种元素是组成生命单元细胞的蛋白质和DNA的最根本的元素。二，地外生命存在可能性的探讨星际空间有大量有机分子，说明构成生命的根本物质处处可见。觉察这些构成生命的根本物质并不等于觉察了地球之外的生命。由于生命的存在和进展需要适宜的外界自然环境，如适宜的温度、液态水、大气、光和热等。2、“类地行星”的估量生命的孕育需要长期稳定：地球年龄为46亿年，30亿年时消失有细胞核的细胞，7亿年前，消失多细胞生物，3500万年前才消失类人猿，人类的文明史才有5000多年，而兴旺的高科技时代更是近百年的事。从孕育生命到进展成文明社会需要几十亿年的时间。只有类太阳恒星主宰的行星系统才能供给长期稳定的条件。假设恒星质量太大，演化太快。银河系千亿颗恒星中约有40亿颗与太阳质量和温度差不多，且有行星系统的恒星；它们的行星系统中也有可能有一颗和地球差不多的行星，即“类地行星”。只有老年“类地行星”则可能有生命，但也可能因“恐龙灭亡”式的灾难而消灭。文明社会也是有寿命的，最长的也会随恒星的演化为红巨星的时候消灭。Rs恒星诞生率；fp有行星系统的恒星概率；n适合生命居住的行星数；f1可居住生命并消失生命的行星概率；fi消失才智生命的概率；fc能进展星际通讯的概率；L为文明社会寿命。估计有才智生命的星球有10万～1000万个。3，文明社会的计算公式〔美国德雷克〕假设有众多的文明星球，可能有比我们的科学技术更先进的。他们有力量与地球人类联系，可能乘坐“飞碟”来地球。“飞碟”是人们觉察的一些在空中飞行的形似碟子一样的不明飞行物〔UFO〕。最初报导在1974年，有几个直径有30多米，碟子外形的怪物在天上飞行。甚至有人宣称看到了“宇宙人”、“曾被宇宙人抓去”等等。三、飞碟之谜2023年7月30日晚10点半左右，一个奇妙的发光体拂过江苏、河南、陕西、四川、重庆等地的天空。目击者很多，描述特别相像：飞得很高，很大，速度并不快，呈扇形；持续两三分钟到十几分钟。推断：高度在500千米以上，远比飞机的速度快，外形很像一只向外喷射物质的空间飞行器。1，不明飞行物〔UFO〕的报道1974年11月17日丹麦人劳尔森拍摄的不明飞行物照片〔左图〕。争论说明，很多不明飞行物为气象气球、陨星、行星以及飞机着陆时的指示灯，及某些气象现象。有些飞碟现象是由电离了的空气所形成的光明的等离子体组成，它们是电晕放电造成的。有些关于飞碟的报道则是有意编造出来的骗局。恒星的行星假设有智能生物，要到地球来拜访，即使是近处的，飞碟速度也接近光速，也要经过4.3～100年才能到达。天文学家探测过近处的恒星〔100PC〕没有觉察那里有文明社会存在。有人说观察了乘飞碟来地球的外星人，但总是回避和人类见面，不行信的。能坐飞船到地球，其科技水平远远超过我们，还怕与人类交流？2，飞碟是外星人乘坐的飞船吗？四，搜寻地外才智生命〔SETI〕国际宇航科学院成立了“搜寻地外才智生命”的特地的委员会，把搜寻地外智慧生命有关的各种活动纳入了科学的轨道。简称SETI。1959先驱性的论文：德雷克提出在1420兆赫四周搜寻地外文明的建议，得到了猛烈的反映。成为SETI科学的第一块里程碑。射电望远镜的进展已具备接收来自宇宙空间微弱的电波信号，装备电波放射设备后，将成为有很强的空间通讯设备。进展宇宙通讯必需选择抱负的频率窗口。选用的频率是能穿过地球的电离层，也能穿过地外文明所居住的星球的大气层。1、宇宙通讯在1400兆赫频率四周，天空背景噪音很小，只有50K，而在300兆赫四周，背景噪音则高达300K。1400兆赫四周的21厘米和18厘米波长成为进展宇宙星际通讯抱负的频率窗口。21厘米是中性氢谱线(H)，18厘米是氢氧基谱线(HO)。所以这个频率范围称为“水洞”。最正确的通讯频段：水洞1960年奥兹玛打算是第一次有打算地搜寻地外文明。使用美国国立射电天文台25米射电望远镜，在21厘米波段，对两颗最可能存在智能生物的波江座ε星和鲸鱼座γ星作了监测，累计达200小时，没有检测到外星人发来的信号。2，奥兹玛打算其次期奥兹玛打算改用两台口径较大的射电望远镜，仍在21厘米波段上，对660颗离我们较近的类太阳恒星进展监测，也没有得到结果。“高区分率微波巡察”打算改用阿雷西博305米的射电望远镜，对100光年以内的800-1000颗类太阳恒星进展监测，结果还是一无所获。

“赛克洛普斯星际通讯相位阵”示意图没有获得经费支持，未能实现目前，载入星际航行不行能。恒星遥远、生命有限和飞船的速度和燃料限制等；不载人飞船可以离开太阳系，20世纪70年月美国在“先驱者”10号、11号探测器携带一封向宇宙人致意的信件。信写在铝板上，几亿年也不会变形和变质。“旅行者”1号和2号带着可以播放两个小时的关于“地球之音”的唱片。唱片是用喷金的铜制成的，经久不坏。3，访问地外文明社会

“先驱者”号飞船携带的表征人类文明的图形把无线电能量集中在一个很小的束中放射出，可使放射功率提高一百万倍以上。1974年，用阿雷西博射电望远镜向武仙座M13球状星团放射信息。这份电报是要告知“武仙座”的智能生物，关于太阳系、地球、和地球人的一些信息。电报以光速传播，到达目的地要2.4万年，假设真的收到后马上给我们回电，地球人要在4.8万年以后才能收到。4，向武仙座M13球状星团放射信息银河系中，有多少像我们太阳系差不多的恒星－行星系统？有多少具有像地球一样条件的行星？这成为查找地外文明的关键所在。查找银河系中的行星系统主要有两个方法：直接获得恒星和它的行星的图象，很困难，必需用特大光学望远镜；间接的方法，检测出行星系统对恒星的影响。五、查找太阳系外的行星系统太阳系外的行星距离遥远，又处在光线四射的恒星四周，要想直接观测到它们是特别困难。通常是通过间接的方法推断太阳系外行星的存在，即检测行星对中心恒星所产生的影响来推断行星的存在。细心地观测和调查了太阳系四周17光年以内的49颗恒星的状况，没有觉察这些恒星的行星系统。1，太阳系四周的搜寻1982年对毫秒脉冲星的观测觉察毫秒脉冲星PSR1257+12的两个行星的系统。后来确认，是3颗行星，成为人类最先觉察的太阳系外行星系统。2，脉冲星观测捷足先登行星A离脉冲星最近，平均距离为0.19天文单位，质量约为月球的两倍，公转周期为25.262天。行星B的平均距离为0.36天文单位，质量为地球的4.3倍，公转周期为66.5419天。行星C的平均距离为0.46AU，质量为地球3.9倍，其公转周期为98.2114天。天文学家用“海尔”、“里克”光学望远镜、哈勃空间望远镜来查找太阳系外的行星系统，已觉察