宇宙中的第一批生命會在什麼時候出現？

06-29

生命起源於何時？

宇宙從大爆炸中形成，後來逐漸出現了星系團、星系、恆星、行星和生命。以地球角度來看，在太陽和地球被創造出來之前，形成過程佔據了我們共有宇宙歷史的2/3。然而，地球上最早的生命可以追溯到大約40億年前。這不禁讓人好奇，宇宙中出現生命是否早於地球，而且，就這一點而言，生命的出現到底可追溯回多久之前？宇宙大爆炸後多久能產生足量的重元素形成行星，甚至形成生命？

在138億年前，宇宙大爆炸之後，不僅沒有恆星或星系，甚至連原子也沒有，一切都需要時間來形成。宇宙最初是一個均勻的地方，密度最大的區域只比平均密度高大約0.003%。這意味著它將需要巨大的引力坍縮來創造出像行星一樣的東西，其密度是宇宙平均密度的10^30倍。不過宇宙可以自由花費時間來實現這一切。

太初核合成

大爆炸第一秒之後，反物質和大部分物質都被湮滅了，在中微子和光子中留下了一小部分剩餘的質子、中子和電子。3-4分鐘後，質子和中子形成了穩定的原子核，但幾乎都是氫和氦的同位素。並且只有當宇宙大約用38萬年的時間冷卻到一個特定的閾值，電子與這些原子核才能結合起來，第一次形成中性原子。即使有了這些基本的成分，形成生命，甚至是岩質行星都還不可能，因為宇宙在那時幾乎只有氫和氦原子。

只要有足夠的時間，引力坍塌就會改變整個宇宙。儘管一開始它的速度很慢，但它是不間斷的，它是建立在自己的基礎上的。一個空間的密度越大，它就能吸引越來越多的物質。密度最大的區域增長最快，模擬表明，所有第一批恆星應該在大爆炸後大約5000萬到1億年的時間內形成。這些恆星應該是僅由氫和氦組成的，並且能夠增長到非常大的質量：是太陽質量的幾百甚至是一千倍。當第一批恆星形成時，它們只能存活一兩百萬年。

超新星

在這些巨大的恆星內部，氫聚變為氦，而氦又會聚變為碳，碳還能聚變為氧，氧則會進一步聚變成氖/鎂/硅/硫，連續不斷的出現各種元素，直到得到鐵、鎳和鈷。在那之後，恆星核心坍塌，引發了超新星爆炸。這種猛烈的爆炸會把大量重元素噴射到宇宙中，觸發了新一代的恆星形成，並豐富了星際介質。突然間，包括形成岩質行星和有機分子成分的重元素，填滿了宇宙中的原始星系。

越多的恆星生存、燃燒和死亡，下一代恆星就會越豐富。許多超新星創造出中子星，而中子星合併也會大量合成元素周期表中最重的元素。重元素所佔比例越大，意味著岩質行星密度更大，更多的元素對於生命來說是至關重要的，使複雜的有機分子更有可能發生。

在宇宙只有十億年的歷史時，天文學家測量到，那些最遙遠的天體含有大量的碳元素，幾乎與太陽系所包含的一樣多。其他重元素可能會以更快的速度變得更加豐富，這是因為碳主要是由不會變成超新星的恆星產生的（而非大質量恆星），使其可能需要更多的時間才能到達較高的丰度。岩質行星的形成不需要碳，其他重元素即可構成（許多超新星會產生磷）。很有可能在第一批恆星出現後幾億年，即當宇宙的年齡為3億到5億年時，一些恆星周圍可能形成了岩質行星。

有機分子存在於恆星形成區域、恆星殘骸和星際氣體中

如果碳不是生命所必需的元素，那麼，在那個時候，宇宙中可能就會有生命起源。這是否表明，生命在地球形成之前就已經開始了？是否意味著生命本可以早在數十億年前就開始，但我們多花了幾十億年？

在這一點上，我們目前還不清楚。與此同時，我們也不知道生命和非生命之間的界限，不知道生命是否在更早的行星上開始。又或者生命可能開始於星際空間的深處，根本就不需要行星。