另一颗恒星与另一颗行星（出发后的5年287天）
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另一颗恒星与另一颗行星
出发后的5年287天
我忍不住去想，月球和木星上有人居住也并非是不可能的。现在，那些新的区域第一次被人们所发现，如果有谁学会了飞行术，那么我们人类中兴许会有这些地方的移民。有了船，配上了帆，乘风翱翔，即使面对的是浩瀚无际，也不会感到害怕。
——[德]约翰尼斯·开普勒
对于“卡拉维尔号”的船员们来说，距离飞船加速离开奥尔特云已经过去了5年多，行驶了大约40光年的距离。当减速阶段结束的时候，宇航员们慢慢地从冬眠中苏醒：舱内温度逐渐升高，细心而又高效的AI通过与之相连的机器人小组来对他们进行身体检查，如果需要启动治疗程序，AI也能应对自如。它是这次长途旅行中唯一保持着“意识”和警惕的船员。
冬眠无疑是我们奇妙旅程理想的解决方案，无论如何都是必要的。现有技术能够百分之百地保证宇航员们各项生理机能的正常运行。他们的身体被冷却到约10摄氏度，通过静脉获得营养补给。他们处于轻度昏迷状态，感觉不到时间的流逝：对他们来说，在睡眠中度过的那段漫长的时间也不过一瞬，相比之下，远远短于AI度过的5年和地球人度过的40年。从心理学的角度来说，冬眠让这段旅程更易被宇航员们所接受，这是因为，如果要长时间在一个相对有限的空间内共处，宇航员们之间不可避免地会产生交集，冲突和不便是在所难免的，而冬眠大大地减少了这些琐事的发生。
冬眠的优点是多方面的。首先，冬眠只是降低体温而非将身体冷冻起来，因此它不会破坏体液。许多陆生动物会本能地利用冬眠来增加它们在恶劣环境中生存的机会。其次，在冬眠时，宇航员们对氧气和热量的消耗降低到了正常值的百分之几，这就减少了飞船补给的压力，大大地降低了对初级产品的消耗。他们的新陈代谢也相应放缓，因此，生物废物（如尿液）也明显地减少了。飞船持续加速所产生的人造重力能够维持宇航员们正常的肌肉张力，这一点自不必担心。此外，小小的冬眠舱更容易被保护起来，从而减少电离辐射对宇航员们的伤害。必须指出的是，冬眠状态可以增加细胞对辐射的抵抗力。这对于宇航员们来说特别重要，因为宇航员们在星际旅行的一天内所累积的辐射量（剂量）相当于在地球上一年所接受到的辐射总量。在地球上，一年中人们所受到的自然界背景辐射约为1—2毫西弗，相当于做了两个普通的X射线检查。最后，不可忽视的一点是，对于冬眠的宇航员们来说，他们的细胞老化过程会大大减缓，也就是说，在这段时间里，他们的生理年龄并没有增加。
当“卡拉维尔号”的宇航员们醒来的时候，他们一定会感到兴奋，随后则是强烈的失落感。
他们想到地球，想到地球的居民，想到他们自己的家人和朋友。虽然在他们的协议中，并未言明太空旅行的时日，但他们知道，对于最亲的人来说，并不是闭眼、睁眼那么简单，而是已经过去了40年。他们会本能地去想，几年后，哪些人长大了，哪些人老去了，又有哪些人永远地离开了。但宇航员们对这一切抱有清醒的、随缘的态度，悲伤对他们没有意义，因为在旅程的下一站中，无论他们如何想象，结论依旧是令人伤心的。唯一的慰藉是，他们可以想象自己的后代，尽管在空间、时间、心灵和思想上彼此之间依然那么遥远。
当然，他们也会为当下独特而奇妙的时空而欣喜若狂。“卡拉维尔号”已经在Trappist-1e的轨道上行驶了好几天，Trappist–1e是第一颗人类所接近的系外行星。“卡拉维尔号”距离一颗名为Trappist–1e的美丽的超矮恒星仅450万千米，这颗恒星位于地球人所说的宝瓶座，从飞船的舷窗望去，甚至可以看到它的那些行星沐浴在它特有的红光之中。Trappist–1e的周围环绕着其他6颗行星，它们以一种优雅的姿态呈现在宇航员们的视野中，每颗行星都清晰可见且十分明亮，要比月亮之于地球大得多。真是一个奇特的景象！
什么是系外行星呢？为什么它们被人类认为是宇宙中最有趣的物体呢？它们是太阳系以外的行星，是其他恒星的伙伴。我们希望，有一天能通过它们获得与我们类似的或与我们完全不一样的外星生命存在的证据。实际上，太阳系内行星和卫星的物理条件也许可以孵化出相对简单的生命，并非没有这样的可能性。但这些条件都不足以与地球的环境相匹敌，在几十亿年中，地球孕育出了复杂而智慧的生物。
从物理和化学的角度来看，对生命物质的研究和对无生命世界的研究是大不相同的。至少从表面上来看，后者没有历史或是拥有了太长的历史。不过，可以肯定的是，生命即意味着历史，因为，任何生命都会为了适应环境而做出改变，不做出改变的生命形式是不存在的。查尔斯·达尔文的这条关于生物学的初步想法随后被物理学和宇宙学所接受，当然，并不是在同一时期内就得到了认可。这一观点能被他们接纳的一个重要因素是，此类情况在物理学和宇宙学领域中10亿年也难见几回，但在生物学领域却是一种常态。
因此，生物学是一门历史科学，它依赖于生命曾经做出的选择。通过生物学，我们了解到，生命总是处在一个十字路口上：要么向右，要么向左，但没有哪种选择是必然的。能够发现和研究外星生命是十分重要的，因为可以检验我们所提出的生物学主张是必然的、普遍的，还是仅仅适用于地球上的生命。我们几乎可以肯定，后者是正确的。但对于科学来说，除非有实验进行验证或反驳，否则永远没有绝对。毋庸置疑，假如我们遇上其他形式的智能生命，那将打开无法想象的新世界的大门。不过，也许并非所有的情形都如我们所期待，正如史蒂芬·霍金提醒我们注意的那样：“也许有一天，我们能收到类似于我们星球的行星所发出的信号。但我们在回应这些信号时，必须慎之又慎。如果我们真的遇见了某种先进文明的话，情况可能会和美洲土著居民遇见哥伦布差不多。不会有什么好结果。”
然而，在历史上的几千年里，我们都相信自己不仅是宇宙的中心，而且还是唯一居住在宇宙中的人，相信人类及其他各类附属生命是神的天才设计。这些附属生命被分为了植物世界和动物世界。乔尔丹诺·布鲁诺提出了更为复杂的假说，比如世界上还存在其他星球，在这些星球上，生活着像我们一样沐浴着上帝荣光的人。这个假说随着布鲁诺被处以火刑而烟消云散了，也许因为存在多种文明也就意味着教会和神职者也并非唯一，因此这一假说对于当时的罗马教会来说当然是不可接受的。
天文学和宇宙学的进步带来了人类中心主义的终结，随之而来的是人类对宇宙复杂性和宇宙浩瀚的认知，近几个世纪以来，关于外星生命的想法也越来越多。《2001：太空探险》一书的作者阿瑟·克拉克说：“存在两种可能性，要么我们是宇宙中的唯一，要么不是。这两者同样可怕。”
1990年，天文学家第一次发现系外行星，但因为距离问题，仅能辨识出位于太阳系恒星周围的系外行星。截至2018年，科学家通过各种实验方法确认了近4 000种系外行星。第一种方式，使用强大的望远镜直接观察，这种方式效率低下；第二种方式，观察恒星的小周期运动，证明存在一个行星恒星双轨系统围绕共同的重心运行。但迄今为止，最有效的方式则是测量指定恒星的亮度变化，因为系外行星会在地球和恒星之间周期性通过，大多数的系外行星就是通过这种方式被发现的。当发生某“食”的时候，行星遮挡住恒星的部分表面，我们通过望远镜观测到的恒星的光辐射量会有所减少。如果这种光辐射的减少是周期性的，且在很长一段时间内都是恒定的，那么这就是有行星围绕参考恒星进行轨道运动的明确证据。
从最早发现系外行星开始，科学家们也对它们的物理化学特征以及大气成分进行系统地研究，光线会因为穿过大气层而发生改变，因此，分析恒星对地球光辐射的成分变化，就可以判断出行星的物理化学特性和大气成分。通过精确的数据分析，我们可以了解到行星的许多特征，如它们的质量、公转和自转周期、轴的倾角、温度，以及对寻找外星生命十分有帮助的行星的大气和表面构成。
很自然地，也许我们的宇宙中有无数的其他星系在以同样的方式运转，在可观测的宇宙中还存在着大量的潜在的系外行星。没有什么能阻止我们这样去假设。我们已知的，在可观测的宇宙中，保守估计有20万亿颗恒星。这是一个难以想象的数字，庞大到令人咋舌，特别是当我们观察到每颗恒星都可能伴随着至少一颗行星的时候。因为从某种程度上来讲，轨道行星会随着恒星的诞生而产生，这个过程发生于吸积盘形成之后，是恒星演化的必然产物。
正如我们所见到的，宇宙中存在各种类型的恒星。如果我们将体积和年龄限制在与太阳相似的平均范围内，那么其中约有20%的恒星在所谓的宜居带中拥有一颗行星。明确地说，在这一轨道距离上，行星能够拥有液态水和足够稠密的大气层。据此，我们预测，仅在银河系，像地球这样的行星就至少有100亿颗。因此，在宇宙中，至少有1万亿个地球，它们也许可以孕育出与地球上相似的生命。也许有一天，这个不可思议的数字将从可能转化为确定。
然而，以当前我们自己的经验来说，地球上现有的物理、化学条件相互作用并创造出一种有意识的生命形式需要几十亿年的时间；首先生成能够自我复制的分子，进而产生氨基酸、蛋白质以及其他用于形成日益复杂得多细胞结构所必需的物质。达尔文提出的自然选择则负责从中选取适合地球特定化学物理环境的生命形式。有这样一个较为合理的假说：能够进行自我复制的大分子（即所谓的复制者）进行随机构建，从而产生了生命，而后生命开始在地球上繁殖。这些物理化学反应是我们已知生命诞生的基础，它们可能发生在某个海底火山的附近，在那里，各类复杂的元素、水和能量形成了比例恰当的混合物。然而，其他的假说也同样合理，比如，陨石或彗星对被称为“生命之砖”的分子是有贡献的。细菌、单细胞生物无疑是地球历史上最早出现的生物之一，最早的初级细胞生命形式可以追溯到近40亿年前。
第一则启示是生命（可能）是宇宙星体共同的特征。我们可以思考，在无穷无尽的行星上都生活着什么样的生命，这样想就很有趣。从这个角度上来看，地球生物的多样性是多么的了不起啊！不妨想一想细菌和大象、蚱蜢和猩猩之间从体形到生物学上的差异，更不必说那些在进化之战中失败的、已经灭绝的物种，如三叶虫、猛犸和暴龙。也许很快，老虎和犀牛也会加入消失物种的行列，不过这一次，它们的消失是因为另一个活着的物种——智人。
考虑到地球大气层的化学成分和密度、地球上的温度条件、液态水的可用性、地轴的倾斜角度以及它与太阳这一主要能源之间的距离，地球生命是围绕碳发展起来的。这种元素很容易与氧、氢、氮结合，形成构成生命基础的化合物。生物的各种化学反应可以将能量转移到生物系统内，并将其用于进化或自然选择，即通过有性或无性繁殖将遗传物质传递给后代。达尔文式的发展也带来了具有良知和智慧的物种，即人类，他们可以适应各种气候条件，甚至是极端的气候条件，他们占领、统治地球，改造地球，让地球为我所用，只不过并非总是正确的、有远见的。
当然，与上述简单化的观点不同，并非只有以碳为基础的地球生命才能繁殖和发展，至少从理论上来说不是。尽管我们不可否认碳是地球上最好的化学物质，但我们依然可以假设生命是建立在其他物质之上的，例如硅，这种物质在沙子中很常见，现在专门用于构建电路。然而，硅的缺陷在于它的物理化学性质决定了它无法制造出足够复杂、稳定且由多原子组成的分子。这样的局限性会阻碍作为生命传播基础的大分子的构建，例如DNA。就像计算机内存一样，基于硅的分子生物链可以存储的信息数量会少得多。此外，这些分子易溶于水，因此并不稳定。然而，在与地球截然不同的生境中，氮或磷也可以扮演碳的角色。而在一个大气中富含氨的世界中，动物应当呼吸氢气，而氢气则由外来植物产生。
因此，我们假设，位于银河系恒星宜居带里的数十亿颗行星最终都满足了碳基生命的发展条件，就如同我们一样。此时，另一个问题出现了。如果我们的目的不仅仅是在系外行星上发现任何形式的生命，如病毒、细菌或是简单的植物，而是要与绿皮肤的朋友（或敌人……）一起找到智慧生命存在的证据的话，那事情可就复杂了。我们的地球已经存在了约45亿年。第一个初级生命是在其形成约5亿年后出现的，而人类则在几百万年前才出现。经过700—800万年漫长的生物进化，我们得以和与我们拥有共同祖先的猴子区分开来。真正的文化在几千年前才终于发展起来。现在，可以对地球上人类的未来做一个展望了：从悲观的角度来说，资源匮乏、全球变暖以及可能发生的核战争和新的疾病无疑会导致智人物种的灭绝，或至少让幸存者们回到洞穴时代；但从乐观的角度来看，如同过去的两三百年一样，在未来，人类的进步速度将继续以指数级增长，人类将继续巩固其地球主人的地位并为统治其他星球而开辟道路。不过，无论我们的未来如何，有一点是明确的，即通信也应该是其他潜在外星文明的必经之路。因此，我们遇到智慧生物的概率可以进一步降低，相当于人类文明的这几千年与达到我们文明水平所需要的四五十亿年之间的比例。这一事实意味着，在大多数情况下，在地外行星上发现的生命形式也仅限于非常初级的植物或动物。
最后，别忘了我们曾讨论过宇宙是多么的浩瀚，星辰和星系稀稀落落地散落其中，它们之间的距离太过遥远，无论以何种类的电磁波进行通信，最简单的问候交流也需要数百年或数千年时间。鉴于“卡拉维尔号”在执行此次任务之前也并没有接收到任何来自外星智慧生物发出的信号，我们可以说上述思考也是完全合理的。当然，以上并未将UFO文学以及互联网上与之相关的阴谋论和假新闻考虑进去，因为在我们的飞船出发前，还没有科学证据能证明它们的可靠性。
那会不会出现高级的外星生命呢？什么因素可以决定外星人的外貌呢？在地球上，由于一系列积极的、进化上占优势的突变，人类从与猴子共同的祖先进化而来。他们的大脑更重，脑容量相对更大，拥有说话的能力、直立的姿态、对生的拇指以及对环境的适应力等。但他们也无法阻止其他动物物种，如啮齿动物、爬行动物，以同样积极的方式进化啊！否则，人类的样貌便会与现在完全不同了。气候的变化或是宇宙的某一事件足以让灵长类动物灭绝，并促使其他生命形式的出现。不同的时间会有不同的进化结果。也正是出于这些原因，不太可能有酷似我们人类的外星人或是类似于地球上灵长类动物的外星人出现。为了让你们信服这一点，我们还是得回顾一下地球物种巨大的多样性。物种的决定因素在于行星宿主的具体特征。地球上的动物群包括人类的出现，一定是跟地球的历史有关的，包括几百年的进化、气候变化，以及外部事件如陨石撞击或是与地球距离太近的超新星的爆炸所引起的大规模的动物灭绝。这就意味着，即使在相同的地质和环境条件下，即在有一颗与地球一模一样的、具有相同的天文学和天体物理学特征的星球上，进化也会以不可预测的路线展开，因此，结果将会有明显的差异。
例如，大气中的含氧量会改变心肺循环系统，大气密度会影响发声器官和听觉器官，光照则可以决定视觉系统，要不人类怎么不能看到红外线或紫外线呢？重力是由地球的大小和密度决定的，而它最终会影响地球上生物的骨骼肌肉系统和体形。恐龙以某种方式进化成为地球上最大的生物，而昆虫和小型哺乳动物的成功进化也证明了这一点。行星的平均温度、昼夜温差或季节交替的周期是由行星自转轴的倾斜度以及它围绕其参考恒星的公转周期决定的。大气密度和大气成分能够决定物种暴露于宇宙射线中的程度，不同程度的辐射量会引起不同程度的基因突变。如此种种。
关于宇宙中生命的诞生，以色列物理学家阿维·莱布提出了另一种有意思的可能。创世大爆炸38万年后，光首次出现于宇宙中。那时候，宇宙密度极大，温度可达上千摄氏度。此时，非休眠状态的空间膨胀带来的某种效应逐渐削弱了填充于空间内的“光”能源，从而使温度降低。这种效应与多普勒效应类似。据估测，在那之后约1 500万年，宇宙的温度降至0—100摄氏度之间，这一阈值意味着液态水有了存在的可能。潜在行星们“浸泡”在与我们今天已知生命相适应的、温度一致的宇宙中，进行着一场让人身心愉悦的宇宙“水浴”。这样舒适的“水浴”在现在却无法实现，因为现在的星际空间十分寒冷，温度只有零下270摄氏度左右。在这场特殊的“水浴”中，热量被均匀地传导到分散在宇宙中的潜在行星上。这与现在也不尽相同，现在，行星获得光和热的途径是恒星，恒星将自身产生的光和热辐射至围绕它旋转的行星上。不可忽略的一个问题是，如我们所观察到的，第一批恒星形成的时间要晚得多，约在创世大爆炸后的1亿年。如果没有恒星，则没有行星，也没有生命所必需的重元素，后者是在恒星内部发生的核反应中合成的。
然而，如果出现某些特定的天体物理条件，我们可以假设，一些寿命较短的、特殊的巨型恒星可能在创世大爆炸几百万年后就形成了。在它们陨灭前，及时地生产了大量的岩石行星。在当时的宇宙微波背景辐射下，行星上温度舒适，且还可能存在液态水，因此，无论它们与母星的距离如何，都是适合居住的：离母星十分遥远的外行星，如以太阳为母星的木星和土星，反过来也会像那些更接近太阳的行星一样，适合生命的存在。原始生命诞生的火花已经出现，而在宇宙膨胀将会导致的无法避免的降温之前，仍然有几百万年的时间来构建进化的草图。当然，以地球的经验来看，从最初的复制者到智慧生命的出现需要数十亿年而非几百万年，但这几百万年仍然足以产生相当复杂的生物体了。从宇宙的维度来看，这只是一瞬，而在约100亿年后可能发生的生命大爆炸之前，这一瞬足以在年轻的宇宙中创造出一丝原始生物……于是，人类便有了对先进文明的想象，而科幻领域的大门也就此打开。也许，机缘巧合之下，在无数浸泡于当时还“热乎乎”的宇宙空间里的那些行星上，最终会发展出一些有思想的物种，这样的幻想固然令人着迷，但人们也遗憾地意识到，他们的文明也只会持续几百万年，而后将消逝在寒冷而深沉的黑暗中。
让我们回到在Trappist-1e轨道上绕行的“卡拉维尔号”。很显然，AI并没有检测到任何来自其表面或Trappist星系中其他行星的人造电磁信号——这是存在外星智能的明确指征；否则，在进入其轨道前，机组的警报就会响起，以便让宇航员们有时间来制定接近的策略。当然，前提是收到的信号类型和他们应有的谨慎程度允许他们这么做。
“卡拉维尔号”释放了一些自动探测器，让它们穿过Trappist–1e的大气层并着陆去寻找初级生物的活动迹象。虽然还没有收到仪器发回的客观的量化反馈，但此时呈现在宇航员们眼前的景象已经足够令人惊讶。如预期的那样，Trappist–1A这颗行星看起来与地球非常相似，无论是大小、质量、重力还是光照强度。它的光照来自“红太阳”，即散发着朦胧红光的Trappist–1。Trappist–1A的大部分发射光谱位于波长大于红外线的波长上，因此地球人是看不见的。由于与恒星距离相当近，Trappist–1A和Trappist–1e这两个天体形成了潮汐锁定系统，就像地球和月亮那样。因此，Trappist–1e总是以相同的一面朝向Trappist–1A，暴露的面总是被照亮，而且受到穿过其稀薄大气层的大量紫外线的影响也更为明显。经过初步分析，这颗行星的成分与太阳系的岩石行星十分相似：没有氢气，但有二氧化碳、氮气以及不可忽略的氧气含量。而行星的另一面，则处于长年的黑暗中，太过寒冷，无法为我们所已知的生命提供条件。然而，在位于两个半球之间的边界区域出现生命是十分合理的，正如“卡拉维尔号”的宇航员们所观察到的那样，这一地带拥有辽阔的液态海洋，也有一部分呈冰冻状态。这颗行星的平均温度为零下20摄氏度，这也是完全可以接受的。与地球进一步类比，它的两个极地也被冰所覆盖，这也证实了Trappist–1e的宜居性。
“卡拉维尔号”停靠于Trappist星系这一选择无疑是明智的。我们放弃了前往更近的半人马座比邻星，它与地球距离仅4.3光年，只是看了一眼它的行星半人马座比邻星b，与Trappist–1e一样，它也位于恒星的宜居带并受潮汐力的牵制。之所以选择了Trappist星系作为停靠站是因为比起活跃的比邻星，它相对更平静。比邻星经常发生非常强烈的能量放射，如耀斑，这种活动能够使行星上的任何一种生命失去生育能力并迅速溶解行星的大气层。因此，它们可能对“卡拉维尔号”造成威胁，需要离它们远点。
总而言之，来到Trappist星系考察不仅获得了科学上的成功，甚至还有更多。人类对生命的认知也将取得巨大的进步，当然，这还得看地球的科学家们何时才能收到“卡拉维尔号”发回的结果……接下来的几天，“卡拉维尔号”的机组人员会将探测器发送到行星的表面及其轨道上，继续进行研究。这些研究或能合理地证实星球上有足够先进的生命存在，它们能够在自然选择的进化压力下充分利用星球的宜居条件。
可惜的是，40年后，地球才能收到“卡拉维尔号”发回去的好消息……
“卡拉维尔号”以疯狂的速度为下一次的时空飞跃做准备。时间是宝贵的，而此次任务是漫长而雄心勃勃的。离开了Trappist星系，飞船将在强大的核聚变和反碳材料的推动力下加速飞行。这一次，等待宇航员们的不是小睡，而是长期的休眠。进入长期休眠前需要做精心的准备，特别是心理准备。所有人都知道，虽然进行了风险评估，且风险多在可控范围内，但风险依然不小，而且大多是纯心理层面的。另一方面，当AI完成了对船员们的照顾任务以后，它将无事可做，可能会感到无聊；或许它可以通过不断获取新的生物学数据和天体物理学数据来进行“深度学习”，让自己变得更有知识、更聪明、更自然，以便迎接下一征程的挑战。对于下一次着陆的演算必须小心加小心……