在史密森尼出版社的一篇新文章中，詹姆斯·特雷菲尔和迈克尔·萨默斯探索了可能存在于的一系列令人眼花缭乱的系外行星上的生命形式。在宇宙中寻找外星生命的科学家们正在寻找所谓费米悖论的答案：人都在哪里?
我们都记得《金发姑娘和三只熊》的童话。我们高兴地告诉我们的后代，熊爸爸的粥太热了，熊妈妈的粥太冷了，但是熊宝宝的粥刚刚好。
并不令人惊讶的是,当科学家们开始思考这样一个事实：地球上的海洋保持液态数十亿年，就是为了生命的生存。地球的温度不太热也不太冷,而是刚刚好，人们把他们命名为第一个“刚刚好”的宜居星球。
和所有同类型的恒星一样，我们的太阳自形成以来在45亿年的时间里逐渐变亮。大约40亿年前，当海洋最初在地球上形成时，太阳的亮 度比现在暗30%，所以地球需要吸收更多的太阳能来防止海洋结冰。随着时间的推移，太阳向地球倾泻了更多的能量，地球大气的组成也发生了变化，通过温室效应影响温度。
尽管如此，在整个地球历史上，海洋似乎只比冰点高几度。不太冷，也不太热。仅举一个大气变化的例子，我们知道，35亿年前，地球上的海洋是蓝藻繁盛的栖息地，很像我们所说的绿色池塘浮渣。那时，大气中几乎没有游离氧，但细菌释放氧气作为光合作用的废物(就像今天的植物一样)。
起初，这些氧气是通过化学反应除去的，比如地表岩石中的铁生锈，但大约在25亿年前，在一些科学家所说的“大氧化事件”中，氧气的含量开始增加。据推测，许多地球上的原始居民因为无法忍受氧气而灭绝，淹没在自己产生的废物中。
然而，有些生物卻逐步适应并能够利用氧气来驱动呼吸循环，这让你和地球上其他所有动物都能活到今天。
1978年，当时在德克萨斯州三一大学的天体物理学家迈克尔·哈特发布了一个描述地球大气演化的计算机模型。在这个模型中，早期太阳的微弱加热效果是受到大气中氨和甲烷产生的温室效应的帮助（这两种物质，就像我们更熟悉的二氧化碳，CO2，都是温室气体）。
随着太阳越来越亮，生物产生的氧气破坏了这些化合物，降低了温室效应，从而补偿了太阳增加的辐射。最终，在二氧化碳和水蒸气驱动的温室效应下，我们现在的大气层出现了。从本质上说，地球一直在刀锋上行走，一边是失控的温室，另一边是冻成冰球。
然而，从我们的观点来看，哈特的计算中最重要的部分是观察如果地球与太阳的距离与现在不同，那么会发生什么？根据他的模型，如果地球离太阳远1%或近5%，使海洋保持液态的微妙平衡就会消失。因此，考虑到地球大气层的演变，我们产生了这样一种想法:在恒星周围有一条带状区域，在这个区域中，行星表面的海洋可以在数十亿年里保持液态。
这条带状区域被称为环绕恒星的宜居带(CHZ)，它已经成为推动科学家思考系外行星上生命的中心思想之一。和所有同类型的恒星一样，我们的太阳自形成以来，在45亿年的时间里变得越来越亮。
大约40亿年前，当海洋最初在地球上形成时，太阳的亮度比现在暗30%，所以地球需要吸收更多的太阳能来防止海洋结冰。
环恒星宜居带和宜居性
关于环恒星宜居带，我们能说的第一件事是，每颗恒星都会有一个环恒星宜居带。换句话说，恒星周围总会有一条环状区域，在那里能量平衡可以使行星表面的温度保持在水的冰点和沸点之间。对于小而昏暗的恒星来说，这个宜居带又窄又近。
许多宜居带内的系外行星距离恒星的距离比水星离太阳的距离还近。同样，大而亮的恒星的宜居带也更宽更远。此外，如上所述，恒星的能量输出会随着时间的推移而增加，因此宜居带实际上会随着恒星的年龄向外移动。
然而，重要的是，因为每颗恒星在某个地方都有一个宜居带，我们预计，仅仅是偶然，行星会在这些区域形成。说到这一点，我们必须补充一点，在过去的10年或20年里，科学家们已经意识到必须更加仔细地考虑环恒星宜居带，而不是简单的只考虑温度。
正如麻省理工学院的天体物理学家萨拉·西格指出的那样，位于宜居带的行星并不能保证确实是宜居的。事实上，有许多因素可以影响在一个环恒星宜居带的世界上存在生命的可能性。
随着对系外行星的探索不断深入，在宜居带中找到一颗地球类型的行星已经成为了天文学界的圣杯。但今天我们已经意识到，行星的宜居性不仅仅取决于其轨道的位置。例如，研究人员观察了不在其恒星宜居带内的世界，表面没有液态水海洋，但可能存在生命甚至是先进文明的家园。诸如此类的考虑让科学家们对生命出现的必要条件有了更广泛的认识。如果地球离太阳远1%或近5%，使海洋保持液态的微妙平衡就会消失。
涉及的恒星类型
行星围绕的恒星类型对生命的发展有着重要的影响，即使对宜居带中的行星也是如此。例如，被称为红矮星的小而昏暗的恒星构成了银河系中恒星的最大比例，它们经常经历极端的活动时期。恒星耀斑和大量带电粒子的抛射会使任何行星表面的生命都变得非常困难，无论该行星是否在宜居带中。在这样的系统中，生命很可能必须留在海底或地下才能生存。在这种情况下，宜居带就变得无关紧要了。
科学家们开始放弃生命必须在行星表面进化和生存的观点。例如，目前的许多观点认为，火星上的生物将会在地表以下发现。此外，如果外太阳系的次表层海洋中存在生命，例如木卫二和土卫二的海洋，根据定义，它们也将会在地表以下。
即使是在地球上，似乎地表下的生物量也比地表上的要大。因此，与小恒星相关的强烈辐射环境不一定会妨碍生命的发展，即使用我们目前的技术可能无法直接探测到生命。
另一方面，质量更大的恒星提供了更温和的辐射环境，但它们的寿命相对较短。在某些情况下，它们的寿命可能只有3000万年。在如此短的时间内，除了简单的微生物外，不太可能有任何生命能在一个星球上进化。此外，这样的恒星在被称为超新星的巨大爆炸中结束了它们的生命，这肯定会摧毁附近的任何行星。
因此，即使生命确实在这样一颗恒星的宜居带中发展，它的所有痕迹也会在恒星死亡时消失。正是由于这些限制，系外行星猎手们才把注意力集中在像太阳这样的中型恒星的宜居带内的行星上。麻省理工学院的天体物理学家萨拉·西格指出，位于宜居带的行星并不能保证确实适宜居住。
大气的演化
在关于宜居性的讨论中，复杂性的第二个来源是由于行星大气不是稳定不变的系统，而是随着时间的推移而演变。地球大氧化事件只是这类过程的一个例子。对于像火星这样的小行星来说，大气的引力逃逸起着重要作用。构成行星大气的分子总是运动的，温度越高，它们运动得越快。然而，不管温度如何，总有一些分子比平均分子运动得快一些分子运动得慢。如果运动较快的分子获得了足够的速度，并且恰好沿垂直于行星表面的方向运动，它们就能克服行星的引力，逃到太空中去。
行星越大，其引力就越强，也就越容易留住大气层。例如，在地球上，一个分子要以每秒7英里（11公里/秒）的速度运动才能逃脱。值得注意的是，使重分子加速比使轻分子加速更难。这意味着较轻的分子比较重的分子更容易因引力逃逸而丢失。
例如，地球失去了大量原来的氢和氦，这是它大气中最轻的成员，而火星失去了更重的气体，如氧和氮。一种称为光离解的相关损失机制对水分子特别重要。如果行星表面有水，大气中就会有水蒸气。这颗行星的恒星发出的紫外线辐射会分解位于大气上层的水分子。由此产生的氢是轻的，会因引力逃逸而失去，而氧会与表面的原子结合，产生各种氧化矿物。
例如，我们相信，这就是火星在其早期历史中失去海洋的原因，火星的红色是其表面岩石中铁的氧化(生锈)的结果。另一种重要的变化与二氧化碳有关，它是地球大气中的一种重要的温室气体(和水蒸气)。每一次地球上的火山爆发，二氧化碳就会从地幔深处释放出来并被注入到大气中。
在一个被称为“深碳循环”的复杂过程中，二氧化碳被吸收到海洋中并与石灰岩等物质相结合。这个过程之后，连同其他物质，二氧化碳又会被带回地球深处。因此，行星上的一般地质活动会影响其大气中二氧化碳的含量，而二氧化碳的含量反过来又会影响其温度。
我们相信金星早期存在的表面海洋会因为金星的高温而蒸发，这是由于金星接近太阳的结果。因此，金星没有办法将二氧化碳从大气中去除，而且，由于缺乏深层的碳循环，金星深受二氧化碳积累之苦，这就是所谓的失控的温室效应。
这些例子表明，外行星大气的变化（我们必须说明，这种变化我们目前无法通过现有设备观察到），可以对其宜居性产生深远的影响。仅举一个例子，一颗位于其恒星宜居带的行星碰巧只有很少的水，可能会遭受失控的温室效应，最终变成和金星一样。从远处看，很难知道这样的事是否发生过。
随着对系外行星的探索不断深入，在宜居带内找到一颗地球类型的行星已经成为了天文学界的圣杯。但今天我们已经意识到，行星的宜居性不仅仅取决于其轨道的位置。
智能与科技
事实上，我们对一个宜居星球上的生命是如何以及何时发展的已经有了相当好的理解，这使得我们对这类行星上生命发展的讨论有了一些猜测。虽然外星生命的化学组成不需要以地球上生命运行的相同系统为基础，但假设其他宜居世界的生命形式也同样依赖于包含在大型碳基分子中的复杂信息，这不是太大的跳跃。
碳可以形成坚固、稳定的原子链和原子环，这些原子链和原子环非常适合用作携带信息的生物分子。
此外，我们不必假设标准科幻小说里的星系里都是会说英语的两足原始人，就能理解自然选择是如何在其他的宜居世界里运作的。我们可以看看地球上智能和技术的发展，并将其与银河系中类似的适居行星进行类比。我们必须注意的自然选择的关键点是:这不是一个选择美好或道德价值的过程。
一个古老的笑话指出了这一点:两个徒步旅行者在山里遇到了一只饥肠辘辘的灰熊。
其中一个徒步旅行者开始脱下他的背包。另一个说:“你在干什么?”你不可能跑得比那只熊快。我不需要跑得比熊快，我只要跑得比你快就行了。即使跑得慢的是一个帮助老妇人过马路的善良的人，那也没有什么区别。
自然选择不在乎。唯一重要的是他的同伴跑得更快。这些基因会遗传给下一代。科学家们开始放弃生命必须在行星表面进化和生存的观点。例如，目前的许多观点认为，火星上的任何生物都可以在地表下找到。
宜居世界上的生命形式
所以这告诉了我们关于在宜居星球上进化生命的类型。恐怕答案不是很令人鼓舞，因为最有可能的结果是，他们可能不会比智人更温和和善良。回顾我们人类的历史和化石记录中发现的20多种原始人的消失，我们不能抱着乐观的态度看待我们将遇到一个比我们更和平的先进科技物种的可能性。
我们在那里发现的任何一个人很可能都不会比我们更道德或更不好战，好可怕！
可以这样看:如果我们把宇宙的历史压缩为一年，地球和太阳系都是在劳动节前后形成的，科学的发展也不过是最近几秒钟的事。
在智人出现之前的“一整年”里，没有其他生物文明的产生是极不可能的。物理和化学的规律并不隐晦或隐藏，任何中等智慧的文明都能发现它们。至少一部分“金发姑娘”的文明会这样做。一定是某个外星的“艾萨克·牛顿”推动了人类迈向先进科技文明的进程。
最令人不安的事实是，我们找不到任何证据表明存在这样的文明。
即使没有比光速还快的曲速引擎，而且我们也没有在技术上取得重大进展，即便如此，计算表明，在3000万年里，即我们的宇宙年的一天之内，人类可能会遍及整个银河系。
如果我们能做到这一点，那么任何其他像我们一样先进的文明也可以做到。
那其他文明在哪里呢?
这个问题就是所谓的费米悖论(以20世纪最杰出的物理学家之一恩里科·费米(Enrico Fermi, 1901 - 1954)的名字命名)。有人曾经向他提到过一些计算，表明银河系中应该有数百万的先进文明。费米想了一会儿，然后问道:大家都去哪儿了?换句话说，为什么他们还没来呢?对于外星人来说，为什么我们会经历科学家所说的“大寂静”
科学家和科幻小说作家，作为罪富有想象力的灵魂，已经想象出许多种可能。下面是一些最受欢迎的观点：
动物园假说:外星人已经宣布地球是一个受保护的荒野区域。
《星际迷航》假设:外星人已经接受了一个主要指令，阻止他们干扰发展中的文明，比如我们的文明。
天堂假说:外星人生活在理想的环境中，又胖又快乐，对探索没有兴趣。
替代假说:有机生命已经被智能机器取代(这是人类经常设想的未来)，机器对接触有机生命没有兴趣。
然而，问题是，虽然我们可以想象这些场景在一些外星文明中发生，但很难认为它们是生命发展的必然结果。
在它们的恒星宜居带中一定有数百万颗地球大小的行星，我们已经在几千颗系外行星的小样本中发现了其中的几十颗，这一事实支持了这个猜想。
如果说，他们所有人都用了《星际迷航》中的指令，这是极不可能的。
“为什么我们不知道高级外星文明的存在”这个问题，恐怕最合乎逻辑的答案就是根本不存在这些文明。
就我们所知，对这一现象的唯一解释取决于自然法则，那就是依赖于自然选择的运作。这让我们想到了一个非常黑暗的可能性，关于宜居星球上生命的命运。
由于自然选择倾向产生有侵略性的物种（比如像智人），有可能在整个宇宙的历史上，智慧生命一个接一个的统治所在的宜居世界。除非他们在在进化出文明后又自我毁灭。
换句话说，可能有大量的文明达到了我们的水平，但他们都在可以殖民其他星球之前，毁灭了自己，这种世界末日的情景是对费米悖论的一种常见解释。
BY: smithsonianmag
FY: 生命动力
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选文：天文志愿文章组-
翻译：天文志愿文章组-生命动力
审核：天文志愿文章组-
终审：天文志愿文章组-零度星系
排版：天文志愿文章组-零度星系
美观：天文志愿文章组-
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.原文来自：https://www.smithsonianmag.com/smithsonian-institution/if-aliens-exist-elsewhere-universe-how-would-they-behave-180973843/
本文由天文志愿文章组-生命动力翻译自文章作者smithsonianmag的作品，如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除。
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全文排版：天文在线（零度星系）
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