“生命首秀”的舞台不是地球?

宇宙创造出地球时 , 它已经活到了90亿岁(按照目前科学家的推测 , 宇宙的年龄是138亿岁) 。
如果说宇宙需要较多的时间来创造适合生命生存的各种条件 , 这貌似说不过去 。 因为当我们研究宇宙中适合生命生存的条件时 , 发现这些条件在宇宙更年轻的时候就已经具备了 , 并不需要90亿年这么长 。
那么 , 宇宙中生命最早是什么时候就诞生了?这还是个谜 。 然而我们首先需弄清楚的是 , 在宇宙中 , 要满足什么样的条件 , 才适合生命生存呢?
什么样的恒星?
首先是恒星的类型 。 只有行星能够在恒星周围稳定生存下来 , 它才有适合生命生存的可能 。 但像比邻星这样的红矮星 , 它会爆发出更剧烈的耀斑 , 并剥夺它周围行星的大气层 。 所以即使它周围的行星有合适的磁场、浓厚的大气、智慧的生命 , 受它的影响 , 这些行星也不可能适合生命持续存在 。
“生命首秀”的舞台不是地球?
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这些早期恒星的大质量和高温有助于使宇宙电离 , 但没有重元素 ,
生命和可以居住的行星是完全不可能出现的 。
其次是恒星的寿命 。 如果恒星的寿命很短 , 则难以产生适合生命生存的条件 。 第一代被称为“星族Ⅲ”的恒星就是如此 。 我们需要的恒星至少要包含一些重元素(天文学上 , 把氢、氦以外的元素都称为重元素) , 否则它将活不到足以让一颗行星变得适合生命生存 。 而这样的恒星在宇宙2.5亿岁的时候就存在了 。
假设形成了这么一颗恒星 , 它的质量正合适 , 并且可以持续燃烧数十亿年 , 那我们接下来要考虑的是行星了 。
什么样的行星?
那么 , 适合生命生存的行星是怎么样的呢?
按照我们对生命的了解 , 它需要满足以下四个条件:一是有能量输入 , 譬如地球有源源不断的太阳能的输入;二是有维持整个大气的能力;三是表面上有某种形式的液态水;四是有适当的原材料 , 让生命在适当的条件下 , 可以生存和繁荣 。
如果一个行星体积足够大、大气密度合适、并以适当的距离绕它的恒星运转 , 是有机会成为适合生命生存的星球的 。
“生命首秀”的舞台不是地球?
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我们需要几代恒星才能形成一个行星系统 , 可以拥有一个类似地球的
行星 , 它的重元素丰度可以维持我们所知道的生命 。
考虑到宇宙中恒星如此之多 , 而围绕恒星形成的行星更是数不胜数 , 因此不难找到满足以上条件的行星 。
绕恒星运行会提供一个能量输入 , 另外 , 有一个大型卫星 , 或者只是简单的地质活动也会如此 。 无论是来自恒星的能量输入 , 还是地质(热液/地热)活动 , 非均匀能量输入都很容易 。 有了足够的碳、氢、氮、氧和其他元素 , 大量的大气将允许液态水在行星表面上存在 。
具有这些条件的行星在宇宙只有3亿岁的时候就已经诞生了 。
重元素的产生
下一步 , 我们该考虑碳、氮、氧等重元素的产生问题了 。
这些重元素对我们所知道的生命系统来说 , 至关重要 。 在星球上形成这些重元素 , 比形成适合生命生存的其他条件要困难得多 , 要花费更多的时间 。
之所以需要这些元素 , 是因为有了它们 , 才能够在生命的形成和发展过程发生各种各样的化学反应 。
在大型星系外围的地方 , 可能要花费数十亿年的时间 , 才能够有足够多的恒星产生并死亡 , 从而产生足够多的重元素;但是在这些星系的中心 , 却不需要这么多的时间 。
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太空中的重元素和有机分子是生命诞生的必要条件 。
在星系中心 , 频繁上演着恒星的生成与消亡 。 不断有新的恒星从前几代超新星、行星状星云和中子星合并产生的可循环残余物(回收残留物)中产生 , 这些新恒星的重元素丰度会迅速上升 。
即使在我们自己的银河系中 , 当宇宙只有7亿岁的时候 , 球状星团Messier69中的重元素含量就达到我们太阳重元素含量的22% 。
然而 , 银河系的中心依旧被认为不适合生命生存 。 如上所说 , 这里有恒星在不断地生成与消亡 。 只要恒星不断形成 , 就会伴随着一系列壮观的“宇宙烟花”——伽马射线爆发、超新星、黑洞形成、类星体和坍塌的分子云等 , 这些都不可避免地创造了一个“危险”的环境 。
停止形成恒星的星系
在一个星系中 , 为了拥有一个可以让生命不断生长并维持自身的环境 , 需要使恒星形成这一过程突然结束 。 而这个星系中 , 恒星的形成一旦停止 , 那些对一个宜居世界构成最大威胁的活动(如伽马射线爆发、超新星、黑洞形成等)也会跟着停止 。