寻觅地外生命

　　人类正在向其他星球进军，去寻找地外生命。由于生命形态的复杂性，即使在太阳系的某一行星上，如火星、金星，曾存在过生命，要识别出来或找到存在的证据也是很困难的事。所以系统研究宇宙生物的可能特征，设计出鉴别方法，已成为航天探测的急需。

　　首先，到目前为止我们掌握的关于生命的知识全部来自对地球生物的观察和研究。这些知识是否能够推广应用到别的行星、恒星或星系中去？这是探测宇宙生命首先要回答的问题。我们所在的太阳系是由一个中等的恒星太阳和八个不大的随从行星构成，地球是其中一个不大的小伙伴。地球不是太阳系的中心，对太阳系的影响也很小。太阳也不是银河系的中心，而是处在离银心2.8万光年的猎户臂上的一个角落里。以人们从地球上获取的有限知识去观察和识别宇宙生命不可避免地带有局部性以至片面性。人类对宇宙的认识已被误导过多次。在哥白尼以前人们长期以为地球是宇宙中心。在哈勃1924年测出几个河外星系距离以前，人们曾认为银河系是宇宙的中心，后来证明都错了。人们对宇宙生命的“地球观念”是否也会出现问题？于是对宇宙生命的研究陷入了困境：“地球观念”可能导致谬误，而地球又是唯一的样本，对宇宙其他地方的情况我们一无所知。

　　那么最早的生命是哪里来的？在哪里和如何发源的？进化论没有回答这个问题。现代自然科学诞生后400年来，科学界对生命起源问题争论不休。基督教认为生命是神创的，称为神创论（Creationism）。有的科学家认为生命之源是从外星或宇宙别的地方传播来的，称为泛种论（Panspermia）。更多的生物学家认为生命是大自然的产物，宇宙中凡条件适宜的地方生命都会出现。到20世纪末科学界始终没有达成共识。

　　20世纪下半叶人类进入了航天时代，人们的视野超越了地球的范围。飞船进入了太阳系空间，就近观察了其他行星，美国12位宇航员登上了月球，人造探测器已降落到金星、火星和土星的卫星，还要登上火星、木星的卫星。地外的其他天体上是否有生命存在成了航天深空探测的主题。生命之源在哪里？生命是如何产生的？生物学至今不能做出回答。但是在科学和航天事业面前这些问题已变成急不可待和异常尖锐的科学命题。

　　生命在宇宙中是如何起源的？这个问题的最终解答要依靠航天和宇航科学技术的进步和未来不懈的探测。

　　关于生命起源的争论

　　关于生命的起源，人类已思索了数千年。生命来自何处？至今未有结论。这是少数几个现代科学尚无力回答的问题之一。

　　到了20世纪下半叶，寻找地外生命的热潮逐步升温。最早是在1960年代，一批科学家和科普作家发起了探测地外文明活动，希望用无线电电波与地外文明（外星人）建立某种联系，如果获得成功，同时也就证明了生命现象的宇宙普遍性。但是40多年的努力，至今尚一无所获。在太阳系的其他行星及其卫星上寻找现存生命或者过去的生命遗迹，却逐步提升为国家级和国际合作的太空探测战略目标。美国航天局（NASA）和欧空局（ESA）都把探测其他行星上的生命列为航天事业的重要发展方向，投入大量人力、物力、财力研究开发新的火箭发动机、新的空间飞船和新的探测仪器，并拟定了具体的探测计划。近期探测目标集中在可能有水的地方。到2004年，欧洲和美国科学家先后宣布，已发现火星上今天仍有水和过去（数十亿年前）可能有过海洋的迹象。根据地球上的经验，有水就有生命存在。美国航天局拟于2011年发射往返式火星探测器，带回水下沉积岩样品，查找古生物遗迹。发射飞船和探测器去探测木卫二的海洋和土卫六的冰盖计划正在执行中。

　　研究和探测生命起源问题，科学界寄希望于多学科的联合奋斗才可能取得进展。分子生物学家们正努力实现在试验室里人工合成原始生命。航天科学技术致力于在地球以外找到生命或存在过生命的证据。系统学和数学家们正在建立复杂性系统的理论和设计实验方法，为研究生命起源和进化的理论分析和仿真试验提供数学模型。在这种背景下，20世纪末出现了宇宙生物学这一新的交叉学科。英文名叫Astrobiology或Exobiology，可直译为星际生物学或地外生物学。它的任务是研究宇宙中的生命现象，及它的发生、发展和进化。研究地球上的生命现象所积累的丰富科学知识，如有机化学、古生物学、地质学、分子生物学、遗传学等，当然应该是宇宙生物学这门新学科前进的基础。但是，航天星际探测技术未来所能达到的高度和进步程度，则是宇宙生物学未来赖以发展的支柱。

　　水与生命同在

　　生命傍水而发，与水同在，这是宇宙生物学的基本出发点，是由地球上生物的发生和进化史的推论。

　　天文学的观测和对太阳系其他行星的航天观察使人们得到确凿的证据：宇宙中水无处不在。地球形成的初期，各种元素在高温和冷却过程中首先形成了结构有序的晶体和岩石。与此相反，在岩石中或古大气中存在的水———H2O，这一结构简单的化合物是以非晶体状态出现的。水汽的冷却和聚集形成河流、湖泊和海洋。在地球的温度下，只有水能常以液态存在。液态的水为各种元素的游动和相互作用提供了媒介。地球上所有的生命都靠水而存在。

　　宇宙生物学欲寻找地外生命，根据地球上生物与水的关系，首先要在地外天体上找到液态水的存在。1969—1973年有18名美国宇航员登上月球或在近月轨道上考察，证明了月球上没有也不可能存在液态水，从而没有了生命存在的基础。20世纪60年代以来，美苏对金星进行过多次无人探测，证明金星大气平均温度太高（450℃），没有发现有液态水存在的可能，于是放弃了在金星上寻找生命的探测活动。80年代以后寻找水的空间探测重点又转向了火星。对火星已探测了40多年，也没有发现那里有液态水的存在，更不要说大江大湖了。但是，科学家们找到了火星表面过去有过水的迹象。在火星南北极发现含有水（冰）的覆盖物。火山喷发的水蒸气可能凝结成水而贮于地下。现在是希望能找到冻土层下的地下水。在火星上寻找水的探测活动已成为全世界关注的热点问题。美国、欧盟、日本等国仍在花费巨资继续执行以找水为中心的火星探测计划。

　　近数十年生物学家们对地球生物研究的新发现，进一步支持了以找水为中心的空间探测方向。

　　科学界都把希望寄托在航天深空探测事业的进步和能力的提高上，希望不久后宇航员登上火星，实地考察那里的地质构造、水的聚集和消失的历史原因，找到生物化石以及今日仍可能存在的生命活体。

　　宇宙生命学的诞生

　　20世纪航天事业的兴起和太阳系深空探测取得的成就重新点燃了研究生命起源问题的热情。宇宙生物学（Astrobiology），原称地外生物学（Exobiology），或称宇宙生命学———探测和研究地外生命的存在、发生和进化的交叉学科便于60年代应运而生。地球是宇宙中的一部分，我们对地球上生物的全部知识自然地成为宇宙生物的基础和出发点，因为这是宇宙生物研究对象的唯一采样和唯一案例。这一新学科所研究的命题牵动了所有自然科学和技术科学领域的科学家们和社会各界人民的心。从事天文学、宇宙学、地质学、生物学、数学、物理、化学、航空航天、系统科学和信息科学的人们都纷纷参与。80年代以来，有的发达国家开始建立专门研究机构和试验室，制定了由政府支持的研究计划。美国宇航局设立了专门管理机构，聘任了宇宙生物学首席科学家和由生物学家、天文学家、地质学家、矿物学家等组成的科学工作组，专事领导和组织宇宙生物学研究计划的实施。20世纪90年代发生的ALH84001事件进一步激发了全世界各国研究宇宙生物学的兴趣。

　　与航天事业同时兴起的宇宙生物学，曾被谑称为“没有研究对象的科学”。2006年美国的宇宙生物学家们集会纪念该学科国家研究机构正式成立10周年。回顾了过去20多年来的研究工作，确定了未来的研究计划，把研究工作范围从寻找和研究地外宇宙生物扩大到在地球上可以进行的研究工作，如极限条件下的生命形态和生物学，试验室内人造生命，即化学合成生命等。

　　■新闻缘起

　　最近，由原国家科委主任宋健所著的《航天纵横—航天对基础科学的拉动》出版了，本书综述了20世纪下半叶世界航天科学技术所取得的伟大成就，航天科学与物理、数学等基础科学和各门技术科学的密切关系以及对基础科学进步的拉动，展望21世纪航天科学的任务、发展方向等。“共享科学”栏目将从中摘选航天科学对生物、物理等基础学科的拉动作用给予报道。