孕育生命星球的配方——卡琳·奥伯格

你知道吗？世界上有一种臭名昭著的剧毒物质，但同时也是孕育生命的必要元素。听一听天体化学家卡琳·奥伯格（Karin Öberg）如何运用世界上最大的射电望远镜（ALMA）来扫描全宇宙，搜索这种亦正亦邪的化学物质，探寻分子活动的温床，以及孕育生命的行星。

你是否曾在某个时刻，
望着天上的星星，

思索着：“我们是唯一的吗？
宇宙中还有像地球一样的

有生命存活的星球吗？”

我确信我不是这个房间里
唯一一个这样做过的人。

但我可能是唯一一个

对这个问题痴迷到

把解开它当作毕生事业的人。

那么言归正传。

我们为什么会思考这个问题呢？

我建议，咱们先把目光
从天空中收回，

回到我们赖以生存的地球上。

然后想一想，地球成为这样一个
有生命力的行星，

是多么幸运的一件事儿。

多少得靠点运气吧。

如果我们距离太阳再近点儿，

或者再远点儿，

那地球上所有的水要么
因过热而蒸发，要么因寒冷被冻住。

不是所有的行星都有水存在。

如果地球是干的，

那么它将无法孕育生命。

即使地球上存在我们今天
所拥有的水资源，

但如果没有

适合生命生存的化学物质，

那地球也只会是一个
死气沉沉的大水球。

可能导致失败的因素这么多，

那么成功的几率有多大呢？

在一颗行星上，

存在着有助于生命起源的
基本元素的概率

到底有多大呢？

那么，我们一起来看一看。

一颗可孕育生命的行星，

至少应该是

一颗行星。

（笑声）

但并不是随便一颗行星就可以了。

至少应该是一颗类地行星，

有着岩石表面，

拥有海洋和陆地两种地表形态。

与恒星的距离不太远也不太近，

要在温度适宜的距离内。

也就是说，
水以液态形式存在。

在银河系中，这样的行星有多少呢?

过去几十年间，我们
取得的重大发现之一就是，

行星是再常见不过的了。

几乎所有的恒星都有
一颗围绕其转动的行星。

有的拥有许多颗。

在这些行星中，

约百分之几可被视为类地行星，

我们认为它们是
可能孕育生命的行星。

因此，合适的行星并不难寻，

考虑到整个银河系
大约有一千亿颗恒星，

那么潜在的宜居行星
大约有十亿颗。

但是适宜的气温或环境组成

还不够，

还需要合适的化学物质。

可孕育生命的行星所需的
第二重要的物质，

我们不难猜想——

那就是水。

毕竟，温度之所以能定义
环境是否可生存，

是因为它能决定
水是否以液态形式存在。

在地球上，
水是生命结构的基本构成。

更广泛地讲，

水是一种非常优良的化学反应介质。

它是一种很特别的液体。

所以水是第二个基本要素。

现在来谈第三个要素，

它可能会让你们有点吃惊。

我们现在需要一些有机物，

因为我们想要有机生命体。

这种能组成化学物质，

并进一步组成生物分子的
核心有机分子

就是氰化氢。

如果你了解这种物质，

你就知道，我们应该
尽量离它远点儿。

但事实证明，

对高等生物体，比如人类

非常有害的物质，

可能对化学反应的发生十分有利，

而适当的化学反应
将带来生命的起源。

那么现在，三种要素都有了，

适宜的行星、

液态水，以及氰化氢。

那么，三者同时出现的
概率有多大呢？

在所有适宜的行星中，

同时存在着液态水和氰化氢的
又有多少呢？

理想状态下，

我们打开望远镜，
对着这些行星，

看一下就好了。

无非就是确认
“行星上有没有液态水和氰化物？”

不幸的是，我们还没有
具备理想观测能力的望远镜。

我们能对一部分行星的
大气层分子进行探测。

但仅限于大型的

且与其所环绕的恒星
距离很近的行星。

并不是我们所说的

那些刚好符合条件的行星，

它们更小也更远。

因此我们必须另想一个办法。

我们想到并实施的另一个办法是，

与其从现存的行星里

寻找这些物质分子，

不如着眼于
正在合成新行星的物质。

行星由年轻恒星周围的
气体尘埃盘构成。

这些盘状物由星际介质组成。

事实上，当你凝望天空，
思索存在主义问题时

所目睹的恒星之间的空隙，

并非像看起来的那么空空荡荡。

那里面充满了气体和尘埃，

汇合在一起形成了星云，

星云坍缩后形成了气体尘埃盘、
恒星，和行星。

当观察星云时，
你总能发现一种物质，

那就是水。

我想，人们总是倾向于将水

视为一种特别的存在。

水是宇宙中含量最高的物质之一，

在这些星云中也不例外。

这些形成恒星与行星的星云。

不仅如此——

水还是一种非常稳定的分子：

它不易被破坏。

因此，星际介质中包含的水分子，

在危险的星云坍缩过程中
被保存了下来，

进入气体尘埃盘，
最后成为行星的一部分。

所以，水是存在的，

搜寻这第二种元素并不难。

大多数行星的形成
多多少少会有水的参与。

那么，有没有氰化氢呢？

首先，我们在这些星际介质中

也观测到了氰化物
和其他相似的有机分子。

但是，从星云过渡到气体尘埃盘时，
多少分子能存活下来，

我们不太有信心。

它们相对比较精巧，比较脆弱。

所以，如果我们想确定氰化氢

存在于正在形成的行星附近，

我们就必须
从正在形成这颗行星的

气体尘埃盘中找到它。

大约十年前，
我成立了一个项目，

从形成某颗行星的气体尘埃盘中

寻找氰化氢和其他分子物质。

我们找到了这些。

好消息是，在这六张图片中

那些较亮的像素点代表
在几百光年之外，

行星气体尘埃盘中氰化氢的释放。

它们进入了望远镜观测范围内，

被探测器捕捉到，

于是被我们所看见了。

那么，好消息是我们能确定

这些气体尘埃盘中
确实存在着氰化氢，

这最后一种难以捉摸的物质。

坏消息是，我们无法探测出
气体尘埃盘中氰化氢的具体方位。

我们来看看这几幅图。

没人觉得它们很美吧，

我们收到时也不觉得。

看得出来这些像素点挺大的，

实际上比它们所在的
气体尘埃盘还大。

这里的每一个像素点

都代表着一个
远远大于太阳系的空间。

也就是说，我们也不知道

氰化氢到底位于
气体尘埃盘的哪个方位。

这就比较麻烦了，

因为对于适宜的行星来说，

不是任何的氰化氢都有用，

它们必须与行星的距离够近，

才能被行星利用。

为了讲得更明白一点，
我们来做个类比，

就拿在美国种柏树来举例好了。

假设，

你去了一趟欧洲，

在那儿看到了美丽的意大利柏树，

于是你想知道

把柏树引入到美国的可能性。

你能在美国种柏树吗？

于是你去咨询了柏树专家，

他们告诉你的确有一个横跨美国、

气候温和的带状区域，

能种植柏树。

如果你有一张像这样的
完整高清的地图，

就不难发现这块适合
柏树生长的带状区域

覆盖了许多代表
肥沃绿色植被带的像素点。

即使我降低地图的清晰度，

一点一点降低它的分辨率，

我们还是能看出

有一些土壤肥沃的地带
与带状区域重合。

那么，如果整个美国

被包含在一个像素点内呢？

如果分辨率这么低，

你怎么办？

现在你如何判断在美国的
哪个区域能种植柏树？

你无法判断。

我们能确定那儿
有一些适合的土壤，

否则图中的像素点
不会是绿色的，

但我们无法得知，

绿色地带的具体位置。

这就是当我们只能拍摄到

含氰化氢的气体尘埃盘的
单像素图像时，

所面临的问题。

所以，我们需要的
也是类似的东西，

至少也是一张低像素的图像，
就像那张美国地图，

使我们能够判断
氰化氢所处的方位

和形成中的行星之间
是否存在重合。

那么我们在几年前
找到的解决办法，

就是这组无与伦比的
新型 ALMA 望远镜——

位于智利北部的“阿塔卡马

大型毫米波/亚毫米波阵列”。

ALMA 在各个方面都卓越非凡，

但我想着重讲的是，

正如你们所见，
我们称它为一个望远镜，

但这张图里有许多个天线盘。

这是一个拥有 66 座
独立天线盘的望远镜，

它们协同工作。

这就意味着，

每座天线盘间隔的
最大距离相加，就能得到

这座望远镜的最大尺寸，

也就是说，
ALMA 的尺寸可达好几英里。

这是一座几英里大的望远镜。

透过如此巨型的望远镜，

你可以聚焦到非常细微的物体上，

比如，绘制正在形成行星的
气体尘埃盘里的氰化氢分布图。

几年前当 ALMA 首次上线时，

这就是我提议的项目之一。

那么，气体尘埃盘里的氰化氢分布图
到底长什么样呢？

氰化氢所在的方位合理吗？

答案是肯定的。

这就是分布图。

你可以看到被释放的氰化氢
分散在整个气体尘埃盘内，

几乎无处不在，

这是个好消息。

而且你还可以看到
一些特别光亮的释放物，

从气体尘埃盘中心处的恒星
散发出来。

这正是我们希望看到的
氰化氢的位置。

行星们将在这附近形成。

不只一个气体尘埃盘
呈现出了这样的景象，

这儿还有三个例证。

你可以看到他们都展示了
相同的现象——

大量光亮的氰化氢

从恒星的中心附近被释放出来。

然而，情况不总是这样的。

我们也观察到一些
情况相反的气体尘埃盘，

它们的中心形成了一个
氰化氢中空地带。

这恰恰不是我们
想要的，对吧？

这不是我们所需要的

氰化氢与正在形成的行星
所重合的区域。

但是，大多数情况下，

我们不光探测氰化氢是否存在，

还要看它是否存在于正确的位置。

这一切意味着什么呢？

正如我在开场时所说的，

宇宙中适宜的行星非常多，

大约有十亿个，

它们只要满足必需的物质条件，

就可能出现生命。

我也展示了

在很多时候，
必要的物质是存在的——

我们发现了水和氰化氢，

还有其他的有机分子

随氰化物一起出现。

这说明能够孕育生命的行星

可能在银河系中极其常见。

那么，如果只要有这些基础物质，

生命就会出现的话，

拥有生命的行星
应该是数不胜数。

但我说的是“如果”。

我认为，在下一个十年，

天文学和化学将
面临的挑战是，

我们将研究

在可能孕育生命的行星里，

实际产生生命的行星的比率。

谢谢大家。

（掌声）