@ 2012.10.02 , 18:31

地外生命源于地球?

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在雷德利-斯科特的新片《普罗米修斯》的第一幕中,一个外星科学家在往地球上播种生命——这是一个很有趣的假设,说不定很多星球上的生命都是这样开始的。

不过看起来,电影里面的这个情节好像把事实弄反了:一种新发现的,被称为“弱传递”(“weak transfer”)的引力作用表明地球,在曾经的某个阶段,是能够将那些动作缓慢的,携带这细菌和微生物的石头运出太阳系的。结果就是,先的天体生物学家们在怀疑,我们所居住的这颗星球,是否曾经将生命散播到别的地方?

逃逸速度

有生源说(又称“宇宙胚种论” / panspermia hypothesis)的支持者们的大部分时间都被花在了理解“引入的’胚种‘如何点燃地球生命之火”这个问题。基本上,该假设的想法就是,在几十亿年前,一颗满载这细菌和微生物的陨石坠落在地球上,随后发生了这种“来自外星球”的创世纪。

然而,这个假设/理论有一个根本性的问题:这颗载着低级生命的陨石是如何从邻近的星系过来的。根据泛种论( lithopanspermia theory)的理论,这些微生物可能是在原星球遭遇小行星灾难性的撞击之后被发射到太空中的,或者是行星上发生了灾难性的火山喷发,产生巨大的能量。大多数科学家都不会对这个可能性提出质疑——不过我们之前的模型告诉我们,满载微生物的喷出物要脱离整个星系的引力,这是极其罕见的。

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不过根据来自普林斯顿大学,亚利桑那大学和西班牙天体生物学中心(CAB)的研究者们,在某种特殊的宇宙情况下,体积较小,行动缓慢的石头能够轻松逃离来自母恒星的重力。通过将陨石运动的速度下降到之前学界所估计的速度的1/50(也就是100m/s左右),并将陨石周围的大质量物体(比如气态巨行星)计算在内,研究者们终于模拟出了这块陨石的运动模式,也画出了“弱传递”作用的示意图。

在这种情况下,这块速度缓慢的行星碎片慢慢地到达了引力影响范围的最外层(也叫做“弱稳定性边界”)。因为这个时候引力对这颗流行的影响已经很弱,这颗碎片在时机成熟时就能逃离出母恒星的引力范围,进入太空漂荡,直到被另一个行星系统的引力拖进去——也有可能是太阳系外的行星系统。

发生条件

上述内容都表明,要完成这样的过程,几率是很小很小的,只有多种条件碰巧组合到了一起,这些行星碎片才能带着生命开始星际旅行。研究表明,在历史上唯一一个有可能发生弱传递事件的窗口或许是在太阳系形成之后1亿6千4百万年后至2亿8千8百万之间。这段时间之所以特殊是因为当时太阳还属于它诞生的星群中的一员。

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根据研究者 Amaya Moro-Martin,要实现弱传递有两个必要的条件:首先,参与其中的行星系统中必须含有一个巨大的,能够[在弱引力边界中]捕捉经过的流行的行星(比如木星)。第二,两个系统的相对速度必须很低(太阳所属的星群由1,000至10,000个被引力所束缚的行星组成)。地球满足以上两个条件。

为了证明这种模型的可行性,研究者们模拟了5百万种在单星系统(single-star planetary system)间的运行轨道,并将多种不同的条件(都与质量相关)加入到计算中。数据显示,在原生情况下,一块宇宙碎片在其它行星系统中被行星捕获的几率是5%-15%。之前学界对此的估计比15%要高很多倍。

令人惊讶的是,研究者们还计算了能在太阳系和邻近星系进行交换的固态物体的数量。他们所得到的数据是100,000,000,000,000-30,000,000,000,000,000个,而这些碎片的质量都在10公斤以上。他们的计算揭示出,大约有2000亿块石头可能曾经从地球上飞到了别的星系——而那些石块上可能含有微生物和细菌。

研究者们推测,约有1亿个“泛种事件”可能在太阳系和邻近星系之间发生过。

肥沃的土地?

不过这么久之前地球上就已经出现生命了吗?

这也就是研究者们新理论中的薄弱环节——不过要将原始生命最初出现在地球上的时间提前到38亿年前也不是不可能的事。在地质史上,当时地球已经出现了水,而微生物的出现是紧接着水出现之后发生的,也就是35到36亿年前。

而巧合的是,之前所说的窗口期也包含这个阶段——而地球也能捕获来自外星系的碎片。

再说到行星碎片的跨星系之旅,天体生物学家普遍相信微生物可以在严酷的宇宙环境中存活下来——并且他们见证了整个星际之旅,直到在合适的行星上扎根。

所以,不论是系外生命源于地球,或是像《普罗米修斯》中所说,地球上的生命来自一块外星系碎片——它们在地球上萌芽的时间大约就是4亿年前。

本文译自 : iO9 ,由译者 keep_beating 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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