使行星生命成形的「銀河食譜」

你可知道一種最惡名昭彰的毒物也是我們所知道的生命能夠形成的關鍵要素？加入太空化學家卡琳．奧伯格來了解她如何掃瞄宇宙，用 ALMA（世界上最大的無線電望遠鏡）來尋找這種矛盾的化學物質，偵測分子活動的溫床以及能夠孕育生命之行星的形成。

我相信，除了我以外，
在座還有其他人

曾經在某個時點
抬頭看向天上的星星，

心想：「只有我們嗎？

或者還有其他像地球一樣
有生命的行星存在？」

我想，可能只有我一個人

對那個問題著迷到足以
把它變成我的職涯。

但，換個話題。

我們是怎麼來到這個問題的？

我認為，第一件要做的事，

就是轉個方向，
從天空看向我們的地球。

想想地球是多麼幸運

才能成為這個有生命的行星。

一定有些運氣的成份在。

如果地球的位置離太陽近一點

或遠一點，

地球上所有的水就會蒸發或結冰。

行星並不一定有水。

如果地球是個乾燥的行星，

地球上就不會有多少生命。

就算有了現今所有的這些水，

如果那些水沒有配合

對的化學物質讓生命能夠形成，

地球也不過是個濕的死行星。

有許多地方都可能出錯，

它們通通沒出錯的機率有多高？

有多高的機率，地球在形成時，

也至少有促成生命起源

所必要的基本要素？

咱們一起來探討一下。

若要產生一個有生命的行星，

首先需要的

就是一個行星。

（笑聲）

但並非任何行星都可以。

你可能會需要一個特殊
且像地球的行星。

要是個多岩的星球，
才能同時有海洋又有陸地，

且它不能離它的恆星太遠或太近，

溫度要剛剛好。

液態水要能存在於這個溫度下。

在我們的銀河系中，
有多少個這樣的行星？

過去幾十年間最偉大的發現之一，

就是行星非常常見。

幾乎每個恆星都有行星繞行，

有的還有很多個。

在這些行星中，

大約有幾個百分比和地球夠相近，

我們可以將它們視為
可能有生命的行星。

所以，要找到對的行星
並沒有那麼困難，

畢竟在我們的銀河系
就有大約一千億個恆星。

這樣算起來約有十億個行星
可能會有生命存在。

但是僅僅是溫度
和整體構成條件對了還不夠，

還需要有對的化學物質。

所以，要製造出有生命的行星，
第二項重要的要素是——

我想，這點十分直覺——

要有水。

畢竟，我們把可能
有生命的行星定義為

要有對的溫度來讓水維持在液態。

在地球上，生命的基礎就是水。

但更廣泛來說，

水是適合化學反應的地方，

它是種非常特別的液體。

這是我們的第二項基本要素。

至於第三項要素，我認為

可能會比較讓人驚訝一些。

在行星上會需要有一些有機物質，

畢竟我們在談的是有機生命。

但，似乎位在化學網絡

中心位置的有機分子，

且能夠產生出生物分子的
有機分子就是氰化氫。

如果你知道這種分子
是什麼樣的分子，

你就會知道離它遠一點會比較好。

但結果發現，
對於先進的生命形式，

比如各位，非常非常不好的東西，

竟然對於啟動化學作用
非常非常有幫助，

且是能夠造成生命起源的
那一種化學作用。

現在，必要的三項要素都有了，

氣候溫和的行星、

水，以及氰化氫。

這三項要素同時
存在的機會有多大？

天上有多少氣候溫暖的行星

同時有水和氰化氫？

理想的情況，

我們現在就會把望遠鏡

轉向其中一個氣候溫暖的行星，

自己做確認。

看「這些行星有水和氰化氫嗎」？

不幸的是，

我們的望遠鏡不夠大，無法辦到。

我們可以偵測到一些行星
在大氣中有分子存在。

但這些都是大型行星，
通常都非常接近它們的恆星，

並不像是我們剛才
談到的「對的行星」，

對的行星要比較小、比較遠。

所以我們得想出其他辦法。

我們想出來並採取的另一種方法，

並不是在行星已經存在時

去找這些分子，

而是去形成新行星的材料
當中尋找這些分子。

行星形成的地方，是新恆星周圍
由塵埃與氣體組成的星盤。

這些星盤的材料來自星際介質。

結果發現，當你仰望星空
詢問生命相關問題時，

看到星球之間的空間，

並不是看起來的那麼空，

其實滿是氣體和塵埃，

它們會聚集成星雲，

接著崩塌形成星盤、恆星、行星。

當我們看見這些星雲時，

一定會看到水。

我想，我們傾向於認為水很特別，

僅僅我們才有。

水是宇宙中最充足的分子之一，

也存在於這些星雲中，

這些會形成恆星和行星的星雲。

不僅如此——

水也是一種很結實的分子：

要摧毀水其實並不容易。

所以，在星際介質中的許多水

在星雲崩塌成為星盤、

行星的過程中能夠存留下來。

所以，水沒問題。

第二項要素也不會成為問題。

行星在形成時多半都能取得水。

那氰化氫呢？

我們在這些星際雲之中也會看到

氰化氫及其他類似的有機分子。

但，在這裡我們比較無法肯定

在星雲變成星盤的過程中
分子能留存下來。

它們比較脆弱，比較容易損壞。

如果我們要確定在新行星形成的

鄰近區域有氰化氫存在，

我們就得確保星盤本身就有氰化氫，

在這些形成行星的星盤中。

大約十年前，

我開始一項計畫，目的就是

在這些形成行星的星盤中
尋找氰化氫和其他分子。

這是我們的發現。

好消息是，在這六張影像中，

那些亮點代表

由氰化氫放出的光，

這些光從數百光年外形成行星的星盤

一路來到我們的望遠鏡，

進入偵測器，

讓我們能以這種方式看見它們。

非常好的消息是，

這些星盤當中的確有氰化氫。

那就是比較難捉摸的
最後一項要素。

壞消息是，

我們不知道它們
位在星盤中的何處。

若看看這些……

沒有人說它們是漂亮的影像，

就連我們剛入手時也一樣。

各位可以看見像素非常大，

且像素其實比星雲本身還大。

所以這裡的每個像素代表的範圍

實際上都比我們的太陽系還大。

那就表示，

我們不知道氰化氫
是來自星雲中的何處。

那是個問題，

因為這些氣候溫暖的行星

並不是任何地方的
氰化氫都可以取用，

它們只能取用

距離它們形成處夠近的氰化氫。

讓我用個比喻來協助
大家清楚了解這一點，

這個比喻就是生長在美國的柏樹。

比如，做個假設，

你剛從歐洲回來，

你在歐洲看到了
美麗的義大利柏樹，

你想要知道，

把它們進口到美國是否行得通。

它們能在這裡生長嗎？

於是你去找柏樹專家談，

他們告訴你，在美國的確

有一塊不太熱、不太冷的地帶

可以種植它們。

如果你有一張像這樣
高解析度的地圖或影像，

很容易就可以看出這個柏樹帶

和許多肥沃土地的綠色像素重疊。

就算我開始把這張地圖變差，

讓解析度越來越低，

仍然可以判斷

有一些肥沃的土地
和這條柏樹帶重疊。

但，如果整個美國

都被放進單一個像素中呢？

如果解析度就是那麼低，

你要怎麼辦？

現在你要如何辨視出
在美國的哪些地方能種柏樹？

答案是，辦不到。

肯定在某處會有肥沃的土地，

要不然這個像素就不會帶有綠色，

但就是沒辦法辨視出

那綠色的區域是否在對的地方。

同樣的問題也發生在我們

使用單一像素星盤影像

來找氰化氫時。

所以我們需要類似的東西，

至少要有我剛才給各位
看的那些低解析度地圖，

才能分辨出氰化氫是否位在

行星在形成時能夠取得的位置。

幾年前，救星出現了，

救星就是一種很了不起
且很美麗的新望遠鏡叫做 ALMA，

阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列，

位在智利北部。

ALMA 在許多方面都很棒，

但我要強調的部分，

各位可以在圖上看到，
它被稱為「一個」望遠鏡，

但各位可以在影像中看到，
它其實有許多碟形天線。

這個望遠鏡包含
六十六個個別的天線，

一起配合運作。

那就表示，這個望遠鏡的大小

取決於能將這些天線擺放到

距離彼此多遠的距離。

就 ALMA 來說，
這個距離是幾英里。

所以你有一台超過
一英里大的望遠鏡。

有這麼大的望遠鏡，

你就可以將非常小的東西放大，

也可以針對這些形成行星的星盤
來製作氰化氫的地圖。

幾年前 ALMA 上線時，

我最先提議的用途之一
就是用來製作這種地圖。

在星盤中的氰化氫地圖
看起來會是什麼樣子？

氰化氫有在對的位置嗎？

答案是，有的。

就是這張地圖。

各位可以看見，在整個星盤
各處都有氰化氫釋放出的光。

首先，它幾乎到處都有，

這是非常好的消息。

但還有許多額外釋放出來的亮光，

從接近恆星的地方，
朝向星盤的中心。

我們就是希望在這裡看到它。

這裡很接近行星形成的位置。

並不是只有一個星盤
可以看到這種現象——

這裡還有三個例子。

可以看到它們都呈現
一樣的狀況——

許多氰化氫所釋放的光，

從接近恆星中心的位置釋放出來。

老實說，不見得都能看到這種現象。

在一些星盤中會看到相反的現象，

在中心的部分有一個洞
沒有光線釋放。

這和我們想看見的畫面
完全相反，對吧？

我們不可能研究在這些星盤中

行星形成的位置附近
有沒有氰化氫存在。

但在大部分的情況下，
我們不只偵測氰化氫，

而是在對的地方偵測氰化氫。

這是什麼意思？

在一開始時我有說過，

有許多氣候溫暖的行星存在，

也許有十億個，

如果這些行星有對的要素，

上面都有可能會有生命發展。

我也說明了

大部分時候，對的要素都在——

有水、有氰化氫，

也有隨著氰化物而來的
其他有機分子。

這就表示，在我們的銀河系中，

有相當多行星具備形成生命
所必要的最基本要素。

如果只要有這些基本要素

就可以發展出生命，

那在宇宙中應該會有
許多有生命的行星。

但當然這是個很大的「如果」。

我認為接下來數十年，

天文學和化學所面對的挑戰

就是要找出有多大的可能性，

我們能夠從認為
一個行星可能有生命存在，

變成確定那裡真的有生命存在。

謝謝。

（掌聲）