銀河系“宜居報告”

南方周末特約撰稿　盧昌海

2012年10月8日，Bio-kovo山（海拔1200米）上空的銀河?？茖W家們對銀河系的行星進行了一次普查，結果顯示銀河系的適居行星至少有5億顆。視覺中國?圖

★一個意大利研究小組通過分析銀河系中恒星的形成和演化以及重元素的演化，得出了一份有關智慧生物的最新“宜居報告”。

宇宙中有沒有其他智慧生物？有的話會是什么樣子的？　這是很多人都想知道答案的迷人問題。不過，連“有沒有”都沒搞清就問“什么樣子”顯得有些“冒進”，不如轉而問一個更務實的問題：在宇宙的什么地方最有可能找到其他智慧生物？

兩個生存條件

這個問題本質上是探究宇宙中什么地方最有可能滿足智慧生物的生存條件。而為了探究這個問題，首先當然得知道智慧生物的生存條件是什么，對此，一般認為有兩個條件是必須滿足的：一是必須有表面存在液態水的行星環境；二是行星環境必須有以十億年計的非常長期的穩定性。

當然，這兩個條件都是從地球生物及其演化中歸納出來的。由于我們迄今只有地球生物這一個樣本，由此歸納出的條件是否會因樣本太小而陷入某種以偏概全的誤區，是可以商榷的。但探究離不開前提，本文就姑且以這兩個條件為前提。若哪天發現這兩個條件需要修正，本文自然也會需要修正。但那樣的修正背后將是非常激動人心的科學進展，與之相比，本文的需要修正不僅微不足道，甚至是值得慶賀的。

但在那一天到來之前，我們且言歸正傳。

既然明確了智慧生物的生存條件，那么就可以探究宇宙中什么地方最有可能滿足那些生存條件了。由于宇宙——確切說是可觀測宇宙——是由上千億個星系組成的，星系間的平均距離極其遙遠，一個星系里的智慧生物極不可能依賴于其他星系。因此，探究時可將空間范圍由宇宙縮減為星系——具體地說，則當然是縮減為我們生活于其中的銀河系，以之為代表。

因此，我們將以銀河系為范圍，來探究什么地方最有可能滿足智慧生物的生存條件。

有人也許會問：依照這樣的邏輯，是否可將探究范圍進一步縮減為某個具體的恒星及環繞該恒星的行星系統呢？　初看起來，這似乎是可以的。因為除去智慧生物所處的行星系統及其所環繞的恒星之外，任何其他恒星都不過是夜空中的一些美麗亮點，詩情畫意上的啟迪容或有之，卻似乎并不會對智慧生物的生存產生影響。我們在地球上的經驗似乎也佐證了這一點：除去源自蒙昧時代的某些迷信外，從未有任何其他恒星對人類的生活產生過哪怕最微不足道的影響，更遑論對生存產生影響。

但我們在地球上的經驗跟生物演化所需的漫長時間相比，實在太短暫了，參考價值也就極為有限。若將時間拉長到智慧生物的第二個生存條件所要求的以十億年計的漫長尺度上，情況就完全不同了。

因為在那樣的漫長尺度上，恒星除了作為夜空中的美麗亮點穩定地發光外，還可以發生非常劇烈的變化。事實上，那樣的變化不僅“可以發生”，而且是必然會發生的——因為任何恒星都必然會死亡，而恒星的死亡并不是“安樂死”，在死前會發生某種相對于平時而言非常劇烈的變化。

那種變化說白了就是爆炸——恒星越大，爆炸就越劇烈。其中最劇烈的是超新星和伽馬射線暴。

超新星和伽馬射線暴是如此劇烈，其短時間內釋放的能量甚至能超過整個星系。相應地，影響范圍也絕不限于特定的恒星及環繞該恒星的行星系統，而是會對一個巨大天區內的所有行星造成影響。

以破壞力最大的伽馬射線暴為例，它是一種可在宇宙學尺度上被觀測到的現象，短時間內釋放的能量甚至比普通超新星還要高出若干個數量級。那樣的伽馬射線暴一旦發生，哪怕遠在幾千光年之外，也足以對像地球這樣的行星造成巨大影響。比如它所帶來的大流量的伽馬射線，會在近乎瞬息之間就對地球臭氧層造成毀滅性的破壞。而臭氧層一旦被破壞，則太陽紫外線就能長驅直入，對很多生物造成危害。

同時，在臭氧層遭破壞的過程中，會生成諸如二氧化氮之類的有色氣體，這種氣體會阻隔一部分陽光，使地球陷入“全球冷化”。這些效應的綜合結果，被認為是足以引發大規模的生物滅絕。事實上，有些研究者認為，發生在距今約4.4億年前的地球歷史上五大生物滅絕事件之一的“奧陶紀大滅絕”就有可能是距地球幾千光年的某一次伽馬射線暴造成的。

幾千光年雖比星系之間的平均距離小得多，在星系之內卻不是一個小范圍。

因此，以智慧生物的第二個生存條件所要求的漫長時間尺度來衡量，星系之外的影響確如前文所述可以忽略，星系本身則在一定程度上參與締造著智慧生物的生存環境。也因此，探究宇宙中什么地方最有可能滿足智慧生物的生存條件時，可以如前文所述將空間范圍縮減為星系——譬如銀河系，卻不能進一步縮減為某個具體的恒星及環繞該恒星的行星系統。

既然這樣，我們就以銀河系為例，來介紹一份“宜居報告”，看看智慧生物究竟適合生活在哪里。

這份報告——乃至其他同類報告——本質上是通過兩方面的因素來確定“宜居”范圍。一者可稱為“環境因素”，這一因素得高分的條件是像伽馬射線暴和超新星那樣的災難性事件，在幾千光年的范圍內最好是稀有的——之所以只是“最好是稀有的”而不要求完全沒有，是因為那樣的災難性事件雖會造成生物的大規模滅絕，卻不一定是徹底滅絕。就好比“奧陶紀大滅絕”若確如某些研究者認為的那樣，是伽馬射線暴造成的，它終究也未曾徹底滅絕地球上的生物。但災難性事件一旦多了，每次都幸存畢竟是小概率的，因此“最好是稀有的”。

另一者可戲稱為“房源因素”，它得高分的條件是在“環境因素”好的區域——所謂的“宜居”區域——里必須有較多的“宜居”行星及適合“宜居”行星環繞的恒星。因為那樣的行星和恒星越多，智慧生物出現的土壤才越豐厚；反之，則哪怕“環境因素”再好，若“宜居”行星及適合“宜居”行星環繞的恒星太少，依然會大大降低智慧生物出現的可能性。這就好比一個再好的地段若住宅稀少一房難求，也終究算不上宜居。至于“宜居”行星及適合“宜居”行星環繞的恒星該是什么樣子的，我們最熟悉的地球和太陽自然是“樣板屋”，但可以有一定程度的偏離——比如恒星和行星的質量稍大些或稍小些，行星與恒星的距離稍遠些或稍近些，等等，都是可以的。

新的研究

在綜合考慮這兩個因素的基礎之上，很多研究者對銀河系里什么區域最適合智慧生物生活進行了研究，其中較新進的一項研究于2021年3月發表在《天文學與天體物理學》雜志上。這項研究是由一個意大利研究組完成的，它通過分析銀河系中恒星的形成和演化（這跟“環境因素”有直接關系，因為伽馬射線暴和超新星主要源自大質量恒星的死亡，從而跟恒星的形成和演化密切相關），以及重元素的演化（這跟“房源因素”有直接關系，因為構成“宜居”行星的質料多為重元素，從而跟重元素的演化密切相關；同時，這跟“環境因素”也有某種微妙關系），得出了一份“宜居報告”。

這份報告不僅提供空間信息，而且包含了時間信息。

也就是說，這份報告不僅告訴我們銀河系里哪兒最“宜居”，而且還告訴我們什么時段最“宜居”。

這份報告顯示：在銀河系演化的早期（具體地說，是從距今約135億年的銀河系形成之初到距今約60億年前），核心及中間區域的恒星形成遠比外圍頻繁，相應地，恒星的死亡也多，像伽馬射線暴和超新星那樣的災難性事件也遠為頻繁。因此從“環境因素”上講，那時候銀河系的“宜居”區域是在外圍。但不利的是，銀河系外圍區域的物質密度和恒星密度都很稀疏，作為“宜居”行星質料的重元素的比例也很低，從而“宜居”行星及適合“宜居”行星環繞的恒星都很少，在“房源因素”方面得分很低。因此綜合地講，在銀河系演化的早期，整個銀河系都并不“宜居”。

最宜居的時間

這一狀況自距今約60億年前開始出現轉變。

意大利研究組的“宜居報告”顯示，自距今約60億年前開始，像伽馬射線暴和超新星那樣的災難性事件的發生頻率在銀河系的核心及中間區域都開始下降，在外圍則開始升高。具體地說，“宜居報告”顯示，在距銀河系中心約6,500-26,000光年的區域里，像伽馬射線暴和超新星那樣的災難性事件逐漸下降到了平均每5億年不超過1次的頻率，是整個銀河系里最低的。這一區域也因此成為了這一階段銀河系里“環境因素”最好的區域。同時，跟外圍區域不同的是，這一區域的恒星密度及作為“宜居”行星質料的重元素的比例都較高，從而“宜居”行星及適合“宜居”行星環繞的恒星都較多——在“房源因素”方面也可以得高分。這兩個因素合在一起，就締造出了銀河系歷史上迄今唯一的“宜居”區域及時段：即距銀河系中心約6,500-26,000光年的區域及最近60億年的時段。

由于這一“宜居”區域和時段是銀河系歷史上迄今唯一的，因此意大利研究組干脆將“宜居報告”的標題取為了“在銀河系生活的最佳地點及時間”。

最宜居的地點

那我們的太陽系處在什么位置呢？　太陽系距銀河系中心約有27,000光年，比報告里“宜居”區域的外邊界26,000光年略遠。這是不是說太陽系沒有處在“宜居”區域里呢？　不是的。因為“宜居”區域的邊界是漸變而不是截然的，離銀河系中心比6,500光年略近或比26,000光年略遠的區域的“宜居”程度也并不差。而且，對“宜居”區域的估計有無可避免的粗略性，對邊界的估計更是馬虎，往往采取簡單取整（即將數據簡化為整數）的做法——比如6,500-26,000光年這一邊界估計乃是來自2-8千秒差距這一簡單取整的做法（1秒差距約合3.26光年，2-8千秒差距約合6,500-26,000光年），細致的數據其實是將太陽系包含在當前的“宜居”區域之內的。

更何況，不同研究者對“宜居”區域的估計往往彼此略有不同——比如有些研究者給出的銀河系“宜居”區域的外邊界距銀河系中心約為33,000光年，就穩穩地將太陽系包含在內了。因此，太陽系的位置跟“宜居”區域是完全相容的。這一點，再加上太陽系形成于過去60億年之內，從而時間上也在“宜居”時段之內，使我們可以并不浮夸地宣稱，我們的太陽系也位于“在銀河系生活的最佳地點及時間”。

當然，這是毫不意外的，因為撫育了人類這一智慧生物的太陽系當然是“宜居”的，它位于范圍并不狹小的“在銀河系生活的最佳地點及時間”的可能性當然會遠遠高于位于一個不“宜居”的區域和時段的可能性，因為后者意味著太陽系必須是那個區域和時段里的另類——一種偶然現象，從而按定義就是小概率的。