地外生命探索

课题组成员：陈磊、陈伟峰、陈灵、陈曲、孙婷婷    指导老师：郑昌洋

 【背景】我们是宇宙中唯一的生命群体吗？这个问题千百年来一直困扰着人类。虽然迄今为止尚无人能提供有利的证据，但存在地外生命的想法，正在被人们慢慢接受。人类为了寻找地外生命，付出了艰辛的努力。我们也希望通过这次研究，积极探索地外生命。                        

一、 地外生命概观

 现代科学研究表明，地球在宇宙中并不是唯一的。像地球一样的行星有许许多多，几乎遍布宇宙。因此，生命存在的可能性，正在被越来越多的人们所接受。人们认为地外生命存在的原因有三：一是宇宙中适于生命生存的区域数量很大；二是在地球和太阳系中找到的元素，如C、H、O、N等构成生命的基本元素同样遍布宇宙；三是有机化合反应在许多环境条件下都能进行。科学家们在暗黑星际云中发现了普通有机分子，更加支持了地外生命存在的学说。

目前，限于科学水平的发展，科学家们对地外生命的研究途径尚比较有限。其中之一是将实验仪器送入其它行星，但这种方法有局限，无法大量开展。还有一种想法是，假设宇宙中存在具备相同或超过我们这样水平的智能生物，通过电波与其联系。可是由于可能的文明距离我们至少也有几十光年，若能收到回复，也已是百年以后，这是很不现实的。因此，我们不能单纯通过通讯手段，而应借助于实验手段。我们虽没有一个切实的实验方法说明生命是物质演化的必然结果，但如果物理和化学规律是宇宙中的规律，而且我们在实验中精确回溯了生命在地球上存在的途径，就可以使人更有理由相信宇宙中也存在生命。 

   

   

二、 顽强的生命

 

     众所周知，生物都是由复杂的有机物构成的。科学研究表明，有机物存活的温度范围是-10摄氏度到96摄氏度之间。超出这个范围，大多数的生物都难以生存。

然而，种种观察资料表明，自然界中，有些生物的生命力很顽强。在北冰洋中，生长着一种白血鱼，它们长年生活在彻骨寒冷的冰水中。白血鱼是最耐寒的生物吗？不。科学家发现有一种北尼日利亚蝇，它的幼虫能在-190摄氏度的液态氧里生存四十七个小时；甚至在-270摄氏度的液态氦中，也能经历五分钟而不死。这个温度，只比绝对零度高了三摄氏度而已！可是还有比这更耐寒的。酵母菌、无细胞子细菌和干燥的线虫，都能在绝对零度下生存相当长的时间。

那么，生命又能耐多高的热度呢？一般说来，蛋白质在50摄氏度就开始凝固，因此，普通的生物很难在50度以上的环境中生存。但是，也还有一些细菌或病毒，能够在沸水中活上半个多钟点。一种生长在斯拉夫热辐射矿泉里的鞭毛虫，更具有惊人的耐热能力，它耐得住沸水的高温和杀伤生物的大量X射线。

说到耐射线的能力，鞭毛虫还不是最强的。其中的佼佼者当推线虫的幼虫，它能承受致一百八十人于死命的射线而泰然无损。

除了温度外，生命可以存活的大气压力范围也是非常宽的。有一种杆菌能在10^-11大气压这样低的条件下存活。沙漠土壤中的微生物在10^-9到10^-11大气压的真空中，仍能存活五年之久。在离地几百里的高空，还有着微生物的行踪，而那里的空气稀薄到几乎没有。在太平洋马里亚纳海沟中生活着大量有机物，在那里深度超过10⁴米，压力超过10³大气压！

生命是如此的顽强，在很多恶劣的环境下也能生存。因此，不少科学家认为，地外生命的存在，并不一定需要具备地球上的种种有利条件，即使在完全不同于地球条件的其它星球上，也有可能存在着生命。

 

 

三、 银河系其他地方存在智能生命的可能性

 

由费兰克﹒德雷克（Frank Drake）所提出的如下公式是一种估计银河系中目前存在智能文明数目的一个方法：N=R_*f_pn_ef_lf_if_cL。这个方程式将很不清楚的庞大数据压缩成一个简单的表达式，虽然每个因子我们并不知其准确数值，但这里所提供的式子却是迄今人们所提的一个最好的估计。

R_*表示银河系中恒星形成的平均速率，这是可以观测并相当精确地知道的。因为银河系中大约有10¹¹恒星，而银河系的寿命大约为10¹⁰年，所以恒星形成的平均速率约为每年10颗。恒星形成越快，在一定时期内银河系有生命的行星就越多。

f_p是带有行星系的那部分恒星的分数，这个因子我们只能对之加以合理的猜测。太阳系起源的理论表明行星是与它们的母体恒星一起产生的。因此我们的结论是f_p大致等于1，也就是说几乎所成恒星都带有行星。

N_e是任意一颗恒星周围的行星或卫星上有生命的标准个数。n_e的数值根本不知道。在我们的太阳系中，目前除了地球外，尚未发现其它星球存在生命。所以我们暂时认为n_c 是1。它也许是2或3，这取决于人们在木星或土卫六上的发现。

f_l是那部分适合生命生存的星球中，实际上有生命繁衍的行星的分数。迄今为止已有很有力的证据表明在顺利条件下，生命就能发展。所以我们选定f_l大致等于1。

f_i是那部分有生命发生的星球中，能演化为智能生命的行星分数。智能生命有能力选择，又有智力可使，因此比它的竞争者们具有优越得多的适应性。但是，通向智能生命的道路很曲折。因此我们取f_i值使之比1小的不太多。

f_c是具有智能生命的星球中，达到通讯能力的那部分行星的分数。这是这个方程式中最不清楚的因子。因为智能文明社会并不是非要发展成为科学技术社会，科学技术社会也并不是非得发展出星际通讯的方法。但是，科学家们有一个一致的估计认为这个方程式中f_lf_if_c的乘积应该是0.01。也就是说，适合生命居住的行星数目之中，只有百分之一能够达到通讯的规格。

     L表示每个典型文明社会持续的时间。这是所有因子中最难确定的一个。由于没有可用的资料，我们甚至不知道人类能生存多长时间。因此，L的估计纯粹是主观的。

综上所述，银河系中的智能和通讯文明社会的个数N =0.1L。由于不确定因素太多，说它是N=10^-5 L也可以。以下是到达最近文明社会大致距离的列表：

             表3.1   到达最近文明的大致距离（光年）

假设L（年）	N=0.1L	N=0.01L	N=0.001L	N=0.0001L
103	8,000	25,000	80,000	250,000
104	2,500	8,000	25,000	80,000
105	800	2,500	8,000	25,000
106	250	800	2,500	8,000
107	90	250	800	2,500

 乐观说来，只要平均寿命L是典型的几百万年或更大，而f_lf_if_c不太小，如L为10⁷ 年，f_lf_if_c为0.1时，最近的文明距离我们则有90光年。为了与他们通讯，我们发送的信号过了90年才传到他们那里，而他们把信号发送回来则又需90年。通讯一次需上百年，又有谁会愿意做呢？悲观地说，若取L为10³ 年，f_lf_if_c为0.0001，则最近的文明距离我们至少有250，000光年。距离这么遥远，想探察它的存在几乎是不可能的。

由此可见，探索地外生命的路还很漫长，需要我们继续为之付出努力。“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。”同学们努力吧！

 

参阅资料：1.[美]G.B.菲尔德,G.L.弗舒尔，C.波纳佩鲁马《宇宙演化》

          2.徐世延《动物身上的钟表》

                       3.网站：WWW.sina.com.cn