探尋地球之外的水和外星生命

什麼是生命？

生命的定義繁多，《中國大百科全書》認為：「生命是由核酸和蛋白質等物質組成的多分子體系，它具有不斷自我更新、繁殖後代以及對外界產生反應的能力。」諾貝爾獎獲得者傑克·佐斯達克認為生命「能夠從外部攝取營養物質並把它們轉化為能量，能夠繁衍後代」。恩格斯的《反杜林論》指出：「生命是蛋白體的存在形式，這個存在形式的基本因素在於和它周圍外部自然界不斷地新陳代謝。」看來，生命具有遺傳複製自己繁衍後代的能力，具有新陳代謝功能。

生命的宜居帶

廣袤的宇宙由難以計數的星系、恆星系統、行星系統和各類星際物質組成，天文學家發現了上千個太陽系外的「行星」或「地球」，激勵著人類去探尋地外的生命和地外文明。

如何評估太陽系外的「地球」是否有生命？是否有適宜生命生存的環境？科學家們需要綜合生命的誕生、繁衍和生存的主要因素來進行評估。比如，是否有液態水？水是生命之源，生存之本;行星的大小及其與主恆星的距離，制約了行星表面的溫度、大氣層的濃度、液態水體的發育、行星的內部能量與行星內部物理場的特徵和行星的壽命;主恆星的大小與質量，制約了恆星的壽命和能量等。

在太陽系中，只有地球在太陽系的宜居帶內，火星比較靠近宜居帶。太陽的壽命大約100億年，太陽現今的年齡約50億年。地球的年齡約為46億年，地球誕生8億年後才出現簡單的生命。因此，恆星的壽命要大於宜居帶的壽命，才能使宜居帶內的行星誕生和繁衍生命，甚至出現高等智慧的生物。中心恆星的質量過大，壽命比較短，行星不足以演化出比較複雜的生命;中心恆星過小，行星距離恆星過近，生存條件險惡，生命難以生存和繁衍。

太陽系中最有可能孕育和繁衍生命的地外天體—火星

火星是太陽系由內往外數的第4顆行星，是地球的近鄰，直徑約為地球的1/2。火星繞日公轉一周的時間為687天，接近地球的兩年。火星自轉軸的傾角25.2°，也和地球自轉軸的傾角（23.5°）相近，火星在一年中也有春夏秋冬的季節變化。火星是太陽系中與地球最為相似的行星。

人類共開展了45次火星探測活動。1975年美國發射的海盜1號和海盜2號探測器軟著陸火星，基於對地球生命新陳代謝活動的認識，對火星樣品開展生命檢測。三項生物實驗均未獲得火星存在生命的確鑿證據。特別是從1996年的火星全球勘探者號開始到2008年的鳳凰號著陸器，獲得了火星上河流侵蝕地貌、古湖泊河流沉積物、淺表層水冰分布、極地冰蓋、大氣中水蒸氣組分等一系列反映火星上有液態水活動的證據，表明火星的過去或現在存在適宜生命繁衍的環境。

火星表面分布著乾枯的河道、湖泊和北半球的海洋盆地。根據不同研究者的模型計算，火星曾經有過水體，大約可以全部覆蓋火星表面深達100米。火星地下水探測的成果還表明，火星的地下蘊藏有豐富的地下水，成為地下埋藏的冰層。火星表面在過去有過大量水體的活動，氣候溫暖和潮濕，並有厚厚的大氣層，具有可能維持生命的環境。

2014年，火星生命的探測取得了令人鼓舞的突破性進展。12月2日，中國學者林楊挺的研究團隊在國際著名學術刊物上發表文章，他們對新近降落在摩洛哥沙漠中的提森特（Tissint）火星隕石進行了精細研究，發現隕石內細脈里的碳顆粒屬於有機碳，證實火星曾經有過生命的活動。12月16日，美國航空航天局（NASA）舉行新聞發布會宣布，好奇號火星車在火星的樣品中發現了有機碳，表明火星曾經存在過生命。

太陽系的其他天體有生命嗎？

地球的衛星月球以及太陽系的水星、金星、木星、土星、天王星和海王星，根據已有的月球探測和行星探測器對這些行星的探測結果，這些行星生態環境惡劣，不可能具備產生生命的條件，也沒有生命得以生存與繁衍的環境。

科學家對於太陽系的其他天體是否有生命的探尋，聚焦在太陽系眾多的衛星和矮行星身上。他們優選出一批巨行星的衛星和矮行星，探尋生命的蹤跡。典型的例子如木衛二、土衛六和小行星帶內的穀神星——矮行星。

中國將開展木星系統的探測，通過木星系統環繞探測， 獲取木星的磁層結構、大氣環流等探測數據，研究太陽風與木星磁場的相互作用、大氣環流模式與動力學機制。

木星有60多個衛星，木衛二表面覆蓋一層8～16km厚的冰層，表面發育褐色網狀裂縫，長達1500km，可能是冰層受潮汐擠壓形成的地形。冰層下為海洋，海水深50～80km。褐色網狀裂縫，可能是有機物。木衛二洋底發現火山，提供海洋熱能，在地下海洋中含有足夠的氧氣來維持30億kg的微生命存在。水、有機物和熱能，表明木衛二有可能存在原始的生命活動。冰層下方3km處存在一個巨大的鹹水湖泊，其水量大致相當於北美的五大湖的水量總和。有些鹹水湖泊上方的冰層厚度僅有數十米。我國將探測木衛二空間環境和表面冰層形貌，研究冰層厚度分布特性、木星潮汐作用對木衛二地下海洋的加熱效應，查明木衛二地下湖泊的大小與分布，並探測生命的信息。

1944年天文學家傑拉德·柯伊伯利用望遠鏡的光譜分析儀，發現土衛六上存在甲烷。旅行者1號和旅行者2號對土衛六飛掠探測，發現其大氣的主要成分是氮氣，其他成分為氬（佔6%）、甲烷（佔2%～3%）、氫（佔0.6%）。2004年年末，卡西尼號將惠更斯探測器投射到土衛六表面，探測土衛六表面是否存在生命活動的信息。土衛六的表面廣泛分布著液態甲烷為主要成分的河流、湖泊和海洋。土衛六表面液態甲烷與乙烷（CH4，C2H6）的資源量高達16萬億～160萬億噸碳， 為地球上已知石油和天然氣儲量的數10倍;土衛六的似乾酪根的資源量高達160萬億～640萬億噸，為地球上已知煤儲量的數百倍。已有的研究證明，土衛六的甲烷等各種有機化合物並不是生物成因，而是典型的非生物成因的有機化合物。

矮行星穀神星，直徑大約950km，整體密度約2.09g/cm3，表明穀神星內部含有大量水。穀神星具有岩石質內核，地幔層包含大量冰水物質，初步推測水占穀神星體積的40%。發現穀神星有水蒸氣噴射，可能也存在次表層海洋。穀神星還能通過太陽能獲得能量，穀神星羽狀噴射物或多或少地證實內部儲藏有熱量。穀神星是探尋地外生命活動的優選對象。黎明號於2015年3月進入繞穀神星運行的軌道，期望能有新的發現。

絕大多數小行星和彗星是太陽星雲分餾、凝聚形成的最原始的產物。在小行星和彗星中檢測出大量複雜的有機化合物和豐富的水含量。其中，複雜的有機化合物不是生命活動的產物，而是非生物作用形成。由於小行星與彗星個體較小，內部能量早已耗盡，所以幾乎沒有內力產生的地質構造運動和火山岩漿活動，保存了原始的物質組成;由於個體太小，不存在內稟磁場和大氣層，所以長期遭受宇宙射線和微隕石撞擊。一般認為其自身不可能演化出生命或者支持生物的生存與繁衍。

地外生命與水的探尋，一直激勵著人類排除萬難，堅持求索。雖然探尋的目標艱巨而任重道遠，人類將以堅定而紮實的步伐勇往直前，踐行追求與夢想！