本文内容为复旦大学在中国大学MOOC网站上《自然地理学》课程的图文课件。如果你对该内容有兴趣，请扫描二维码参加该课程的学习。

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同学们好！

下面我们接着讨论《自然地理学》专题：“宇宙中的行星地球”的第四个问题：人类对生命宜居带的探索。

在上一堂课，我给大家展示过这张图。图中的蓝色部分，就是不同质量恒星附近的生命宜居带，这里的横坐标显示的是行星离恒星的距离，纵坐标是恒星的大小。如果恒星越大，温度越高，那么生命宜居带就应该离它越远。所以，在所有的因素中，温度可能是最重要的因素。

那么，在天文学中，生命宜居带，又称为金发姑娘地带。是指在恒星周围有一段区域，不是特别近，也不是特别远。那个区域不是那么冷，也不那么热，这就是指温度，保证水既不会结冰也不会蒸发，生命就极有可能在这个区域内诞生。由于人类在寻找宇宙生命的过程中，只有地球这么一个案例，或者更恰当地说是特例来进行分析和比较，所以我们对宜居环境的认识，多少有一些地球的影子。

因此，谈到宇宙生命的宜居环境，人们自然而然想到的是水。因为水是地球上最宝贵的资源之一，是地球的生命之源。我们的地球表面70%以上是水，人体也有的60%是水，大多生命也是如此。既然生命离不开水，搜寻地外生命的实质就是搜寻液态水。正如我们前面所分析的，我们地球的姊妹金星，它距离太阳太近，其高温的表面不可能保存液态水，而在地球外侧的火星距离太阳又偏远，其表面的水常常冻结成冰。在太阳系内，能够存在液态水的区域便只局限于金星公转轨道和火星公转轨道之间的这个狭窄环形带，只有公转轨道位于这个环形带内的行星表面才可能有液态水存在。

一般说来，一颗恒星的寿命取决于它的质量。恒星的质量越大，其寿命越短；质量越小，寿命越长。究其原因在于：恒星质量越大，它的万有引力越强，其中心部分因受到压缩温度上升越快，因而为恒星发光提供能量的“热核聚变”会进行的十分激烈，寿命也就越短。由于生命的诞生和演化需要足够长的时间，所以中心恒星的寿命至少要达到10亿年，才有可能在它的行星中孕育出生命。太阳属于中等大小的恒星，寿命大约是100亿年。关于“生命宜居带”，还有一个因素也必须考虑进来，那就是恒星在不同年龄段的亮度变化。大约46亿年前的早期太阳要比现在的太阳要暗30%，那么早期地球相当长的一个时期是处于冰冻状态的。后来冰冻开化，地球陆地能够自动调节行星的气温，地球表面的水维持长期动态循环，才构成了如今生机勃勃的生命世界。

一颗行星上要有生命的存在，它周围的环境对能否演化出生命也有决定性的作用。例如，一个行星系所具有的巨型气态行星的数目就是一个重要条件。当有多颗行星围绕着一颗恒星公转，如果它们多半是如木星一样的“巨型行星”，这些巨型行星之间也会互相施加引力影响，导致轨道混乱，使它们的公转轨道变成极其扁长的椭圆轨道。这样一来，其他那些相对与巨型气体行星而言比较小的行星的运行规律也会乱套，在巨型气体行星的引力影响下无法维持轨道的稳定性，甚至可能会与中心恒星或者巨型行星发生碰撞，或者脱离中心恒星向远处飞去。这样的条件显然也是无法孕育生命。正如我们前面的课所介绍的，如果行星系中完全没有巨型行星的存在，对于生命也不是一件好事。在我们的太阳系中，木星和土星均属于巨型气态行星，它们有很大的质量，实际上充当着地球的“保镖”。试想，如果地球上经常遭受彗星雨的袭击，那么也许刚孕育出来的生命就毁于一旦了。木星和土星抵挡了彗星对地球的侵袭，能够偏离或者吸引可能碰撞地球的彗星。

我们总结一下生命宜居带的要素，大致包括：合适的温度，也就是不冷不热的温度液态水的存在，因为水是生命之源。恒星寿命至少需要10亿年，所以太大的恒星系统就无法给予生命演化足够长的时间巨型气态行星的存在，可以保存行星孕育出的生命成果。

那么，天文学家们也就是根据上述的这些准则，在宇宙中寻找存在生命宜居带的星球。当然，也找到了不少，但有些后来又宣布不靠谱。随着天文观测技术的进步，发现新行星的步伐正在不断加快，让我们来看看最近两年的案例吧。

2016年5月12日，比利时的天文学家在《自然》杂志上发表研究成果，宣布在距地球39光年的水瓶座星系中发现一颗“超冷矮恒星”，并有3颗行星围绕其公转，它们全部与地球大小相仿，并都有可能适宜生命居住。这是人类第一次在“超冷矮恒星”周围“捕获”到类地行星的存在，而且是一次性发现“三个世界”。

这还没完，2017年2月22日，天文学家宣布在这颗恒星周围再次发现4颗行星，于是这里发现的行星数量达到了7颗，凑成了“葫芦娃七兄弟”。更重要的是，所有这7颗行星都可能存在水和大气层，其中3颗位于可能存在生命的适居带内。这项新发现让我们可以发挥想象，找到第二个地球已经不是“能不能”的问题，而是“什么时候”的问题。“地球七兄弟”所在星系离我们约40光年，银河系自身有10万光年，那么40光年这个距离事实上就像是我们到邻居家一样。中国科学家甚至大胆预言，结果在10年内就应该有分晓，或许不一定要10年就能找到真正的地球兄弟。

与此同时，一些新的思潮也在蔓延，对人类寻找新的宜居带又提出了新的挑战。有科学家发现，在地球地表以下绵延数千里的范围都是适合微生物存在的重要栖息地。地球上很多生命甚至可以生活在这种深层生物圈里。如果将深层生物圈的可能性也考虑进来，那么会发现仅仅依靠行星表面的环境条件定义生命宜居带是非常狭隘的。如果这种假设成立的话，真正支持生命存在的宜居行星数量可能是现在估计的好几倍。

那么，我们现在提出的问题是：能否在我们曾经忽视的行星上找到更多的生命体呢？有科学家利用新的计算机模型进行探讨发现，离恒星较远的非类地行星，可以依靠其内部的热量保持地下水呈液态，以维持生命体的存在。这挑战了在寒冷地带的行星不存在生命体的观点。这样放开思维后，我们发现一颗行星可以由两个加热源加热：太阳和行星内部热量。也就是说，如果星球足够大，内部可产生足够的热量，不管它离太阳有多远，仍可以在其深层储藏能够维持生命的液态水。

此外，还有人分析，以前的绝大多数研究主要集中于寻找与RNA、蛋白质、脂类类似物，或者某种新陈代谢的世界与自催化集合，还试图在实验室制造生命，但这些工作可能过于狭隘地集中于我们今天知道的生命生化过程。如果换一种思维方式，也许所需要探索的不仅仅是合理的化学方案，更应该考察新的物理过程和驱动力。这篇文章的确是一个新的视角，虽然不一定正确。人们开始反思，以前在寻找外星生命中，对宜居带是否太过追求了，也许那些环境只是适合生命存在，并不一定能创造生命。

而且，在这篇文章中，他们还比较了生命网络与非生命网络的差异，认为生命的网络必须是简单的，才有可能出现更多的机会。这挑战了传统地认为高度复杂的分子结构需要跳跃地进化到生命。事实上，简单网络的分子组分更容易出现。由简单分子组成的网络，可以显著减少生命出现所需的时间，并可能增加生命起源的概率。所以，我们这里将生命的开始描述为“简单的机器可以构建更复杂的机器”。对这种思考有兴趣的同学，可以去找原文看一看。

这一节课的内容呢，到此就全部结束了。