What Planets Outside Our Solar System Can Tell Us About Life on Earth
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Is there life on planets other than Earth? For generations, scientists have puzzled over the question, searching for planets that might have the right conditions both inside and outside the Milky Way. There are thousands of exoplanets – those beyond our solar system – ranging from gas giants, to balls of rock, to possible ocean worlds and so-called “super Earths.” But even as new technology has given scientists a glimpse at these distant worlds, one lingering question is whether any of them can support life and what forms it might take. WSJ’s Danny Lewis speaks to University of Arizona astronomer Chris Impey about what makes a planet habitable and how learning about exoplanets can teach us more about our own world.

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距离地球近八亿英里之外，恩克拉多斯卫星绕着气态巨行星土星运行。它非常小，直径只有314英里，小到可以完全容纳在德克萨斯州的边界内。六月，一个国际科学家小组宣布，他们发现了证据表明，恩克拉多斯拥有所有生命所需的构成要素，这意味着这颗小型冰卫星可能是宜居的。

它拥有一个全球性的地下咸水海洋，位于这层冰壳之下。

那是华尔街日报的科学记者艾兰·伍德沃德。

过去，来自美国宇航局和其他国际空间机构的任务已经发现了典型地球生命中的五种关键成分，但他们没有发现第六种成分：磷。磷是一种非常稀有的元素。有了最后这一项，它基本上表明恩克拉多斯可能适宜居住，并且在我们太阳系中寻找生命时，它是一个非常好的地方，艾兰说。

这一发现是证据，表明生命可能比我们以前认为的更普遍存在于我们的太阳系中，也可能存在于系外行星上。系外行星是指在我们太阳系之外发现的行星。自从第一颗系外行星被发现以来的31年里，天文学家已经发现了超过5500颗系外行星。他们仍在发现新的系外行星，新的技术帮助科学家们学习更多关于它们的信息。

如果我们太阳系中的海洋世界似乎具有地球生命典型的条件，那么在太阳系外的其他海洋世界，也就是我们应该寻找的这些太阳系外行星或系外行星上，也可能存在类似的条件。

以系外行星开普勒-186f为例，它距离地球124光年，于2015年首次被发现。本月早些时候，美国宇航局宣布，詹姆斯·韦伯太空望远镜在其上发现了二氧化碳和甲烷的迹象，这表明它可能是一个海洋世界，一个拥有所有生命元素的海洋世界可能是宜居的。但对某些生命形式来说宜居并不一定意味着人类可以在那里生存。

地球上有很多地方，微生物在那里非常快乐，而我们会立即死亡。

克里斯·因佩是亚利桑那大学的天文学家，也是《无止境的宇宙：系外行星、宜居性和人类的未来》一书的作者。他说，我们认为地球上适宜生命生存的条件，可能与太阳系中的其他行星，甚至银河系中的其他行星不同。这可能会对我们对生命的理解产生重大影响。

这个领域令人不安的事实是，生命可能如此奇特，以至于我们无法识别。那么，你如何定义一个实验来探测它或找到它呢？

来自华尔街日报？这是未来的全部。我是丹尼·刘易斯。我和克里斯托弗谈论了天文学家如何寻找系外行星，以及新技术如何让他们更好地了解遥远的星球，这可能会改变我们在我们自己的太阳系以及宇宙其他地方寻找生命的方式。请继续收听。

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克里斯·因佩，欢迎来到“未来的全部”。

很高兴和你在一起。

人们几千年来一直在想象其他世界以及它们可能是什么样子，但我们直到20世纪90年代初才开始发现太阳系外行星（称为系外行星）的证据。为什么它们如此难以发现？

嗯，行星不会发出自己的光。它们反射了恒星的一点点光。所以你试图探测的东西比它的母星暗上数亿甚至数十亿倍。这就像在体育场泛光灯下寻找萤火虫一样。

自从第一颗系外行星被发现以来已经过去了30多年。探测系外行星的大气层是由什么组成的，这是另一件非常难做的事情，而且只对大约100颗系外行星进行了探测。为什么获得这些数据如此重要？

嗯，我们试图回答一个关于宇宙的极其深刻的问题，那就是，地球之外是否存在生命？导致我们出现的一系列事件，或者大约40亿年前开始的生物学，这是否只限于这颗围绕这颗恒星在银河系这一部分的岩石？天文学史上的其他一切都会表明我们并不特殊，但我们仍然不知道答案。

这是一个很大的问题。传统上，天文学家对宜居行星的定义是位于所谓的“宜居带”中的行星。这意味着行星表面温度适宜液态水存在，既不太热也不太冷。但这是否过于严格，尤其是在地球上的一些极端环境中也发现了生命的情况下？

所以地球的教训是，生命不需要恒星。地球上有一些生命存在于更深的海底，它们不属于光合作用食物链的一部分。

我们有生活在深层岩石中的生命。我们有能够承受高于水的沸点和低于水的冰点的生命。因此，地球上生命的界限相当宽泛。

我们有木卫二，木星冰冷的卫星，它离得很远。我们有土卫二，土星的一颗小卫星，它更远，有冰盖和地下液态水。我们还有土卫六，土星的一颗奇特的卫星，可能存在不同形式的生命，它们以甲烷而不是水为基础。因此，太阳系中有一些例子表明可能存在生物学。

你会如何定义一颗宜居行星？

我甚至不知道我是否能很好地做到这一点，因为我们坚持做最明显的事情，那就是我们寻找我们知道的东西。我们寻找我们在这个星球上所知的生命，但这可能不是你可能称之为宇宙中生物学的全部范围。

我们寻找使用液态水作为介质的生命，但这可能并非在任何地方都绝对成立。因此，我们只是做出了这些假设，你开始做你能做的实验，因为你必须知道如何识别它。这个领域令人不安的事实是，生命可能如此奇特，以至于我们无法识别。那么，你如何设计一个实验来探测它或找到它呢？

好的。所以在我们自己的太阳系中，我们有像土星和木星这样的气态巨行星。如果金星有重量并且有二氧化碳大气层，它就像地球一样。

此外，还有几个科学家认为可能适宜居住的卫星，散布在整个太阳系中。这对于我们自己的“邻居”来说，变化很大。天文学家到目前为止了解到哪些类型的系外行星？

我们了解到的一些事情表明，我们的太阳系可能并不典型。最常见的系外行星类型实际上是超级地球，而我们的太阳系中没有超级地球。因此，银河系中最常见的系外行星类型并不存在于我们的太阳系中。这让我们挠头，想知道……

我们很奇怪吗？什么是超级地球？

它大约是地球大小的两到三倍，质量是地球的6到8倍。所以它是一个更大的地球版本，它将拥有一个浓厚的大气层。它几乎肯定会有活跃的火山活动。它们可能也可能有磁场，所以它们非常有趣，实际上比地球本身更容易研究。

目前还没有计划前往系外行星的任务，但空间机构正在计划对太阳系外围的卫星进行几次任务。其中一项是欧洲航天局的木星冰月探测器（JUICE）任务，该任务于4月份发射，预计将于2031年到达木星。这与宜居系外行星或系外卫星有什么关系？

嗯，JUICE任务将检查木星的几颗卫星，但对大多数人来说，最令人兴奋的可能是木卫二。它不会像着陆在表面或钻穿冰层那样。

然后它会嗅探喷出的气体或冰，寻找有机物和可能的生命，因为太阳系的其他部分没有得到太多关注。计划一项任务需要十年时间，到达那里也需要十年时间。

它们都很昂贵，都是数十亿美元的项目。所以我们并不经常去那里。所以这是一个宝贵的项目。

让我们来谈谈数字。JUICE任务在完成时大约将花费17亿美元。另一个任务是美国宇航局正在进行的欧罗巴快船任务，该任务只研究木星的一颗卫星欧罗巴，计划于2024年发射，完成后可能至少花费50亿美元。你会对那些想知道为什么我们要在这样的任务上花费这么多钱的人说什么？

你必须把它放在事情的大局中来看，当公众也在考虑他们的税款中有多少比例用于美国宇航局时。他们总是高估了。你知道，他们说这是我税款的一角钱或五分钱。

事实并非如此。它就像几十分之一美分，而且只有一小部分用于行星科学。我们谈论的事情，实际上是我们花费的非常小的一部分，尤其是在军事方面。

作为参考，在2023财年，美国国防部的预算超过8160亿美元。美国宇航局获得了254亿美元，这仍然是一大笔钱。因此，当我们谈论前往木星及其卫星的任务时，我们需要学习什么才能使这些任务值得？

你知道，我们有点想以最直接的方式回答这个问题，并说，是的，有微生物或DNA，它们要么与我们的生命形式完全相同，要么不同，无论哪种方式都很有趣，但是我们只是在反复尝试寻找答案。这些任务还不够深入。你不能把一个完整的生物实验室送到太阳系外围。所以你必须把一个紧凑的包裹放在一起，尽可能多地学习，看看生命所需的成分是否在那里。

那么，我们从研究木星周围的一些卫星中学到的东西，可以应用于寻找太阳系外的系外卫星吗？

科学家们认为，太阳系中可能有数十个适宜居住的地方，其中包括我们讨论过的天体，还包括土星和天王星的一些卫星，以及我们不太了解的更远的地方，甚至可能包括冥王星本身。这些地方当然有液态水，但在地下冰和岩石的压力下，并由内部岩石加热，你可以有液态水。

你有有机物，还有当地的能源。这就是生命所需的一切。因此，如果你在一个太阳系中有十几个适宜居住的地方，而只有一个适宜居住的行星地球，那么宇宙中可能有更多可能存在生命的地方。

接下来，我们将了解新技术如何帮助天文学家仔细观察遥远的系外行星，包括可以帮助遮挡遥远恒星光芒的下一代望远镜。请继续收听。

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是的。近年来，特别是现在科学家们开始从詹姆斯·韦伯太空望远镜获得数据，越来越多的证据表明，系外行星比我们以前认为的更常见。如果存在如此多的行星，这对我们对宇宙的理解意味着什么？

嗯，这表明恒星形成的过程，以及旋转的坍缩，以及剩余的碎片逐渐聚集形成行星，这是一个天体物理学的标准过程。如果其他恒星周围没有行星，我们会感到惊讶。问题是，这些系外行星的人口统计数据是什么？由于我们对生物学问题非常着迷，我们倾向于关注类地行星或超级地球。

大多数用于识别系外行星的探测技术都是间接的。那么，天文学家正在研究哪些技术来使将来更容易找到这些系外行星呢？

我们现在需要的技术是能够完美地消除非常明亮的恒星，并留下行星微弱反射光线的技术。然后，当你这样做的时候，你可以把光线转换成光谱，并观察大气层。它是由什么组成的？大部分工作将由正在建设中的大型望远镜完成。

它们都是20到30到40米望远镜，它们是为了进行这个实验而建造的。然后，下一代太空望远镜，你必须在望远镜内非常出色地设计和建造你的光学器件，以遮挡中心恒星并将其消除。然后，你可以从恒星的反射光中提取微弱的信号。

这对我们地球人意味着什么？

这是一个有趣的问题，即地球上的生命是独一无二的意外事件，我们宇宙中是孤独的，或者我们并非如此。因此，我们实际上只是试图寻找地球以外的其他生命形式。我们正在寻找最简单的生命形式，微生物、细菌。而我们真正能够掌握简单生命形式的唯一方法是，当它们普遍存在到足以完全改变一颗行星的大气层时。

这种情况发生在地球上，因为我们呼吸的氧气是由数十亿年前的微生物产生的。我们空气的五分之一是氧气，这对大气层来说是一个相当显著的印记。因此，我们将对其他行星进行同样的实验。因此，我们将寻找氧气、臭氧、甲烷、水蒸气，当然还有水，因为我们想知道是否有水。因为地球上的生命都依赖于水。

我们在系外行星或系外卫星上发现其他生命形式的机会有多大？好吧，

我认为这正处于一个非常有趣的阶段。我们已经找到了与地球非常接近的行星，正如我们可能定义的那样。因此，这个实验，即探测大气层并寻找生物学引起的改变，这是一个可能在未来五到七年内成功或失败的游戏。

这不会是一个清晰的信号，因为这些光谱会有点杂乱、有点嘈杂、有点难以解释，你不会得到确凿的生命证据。不会那么简单。一个例子可能无法说服你，因为总有不确定性。因此，你可能需要六个、八个或十个例子。

当你达到这个数量时，如果你在任何一个行星上都没有发现任何生命，而且就你所知，它们都非常适宜居住，地球上的生命能够在这种环境中生存，那么你就会开始思考，也许地球上发生的事情是独一无二的、偶然的或特殊的。如果我们从第一个样本中发现许多或几个这样的行星，那么游戏就开始了。我们将拥有一个全新的科学领域，那时你就会非常兴奋。

然后你想问的问题是，它们与地球上的生命相同，还是某种不同的变体？达尔文阐述的自然选择是否在这些其他世界中起作用？它们是否使用相同的复制分子，DNA、RNA？它们是否以相同的方式组织自身？它们是生物生命形式吗？我们有很多这样的问题。当然，如果你在很多地方都有微生物生命，那么为什么会有智慧的科技生命呢？因此，如果存在大量适宜居住的世界，那么我们并非孤独的可能性就非常小。

但是微生物，你知道，头条新闻，公众可能会兴奋一个星期，然后它就会淡出新闻周期。科学家们会兴奋很长时间。这将改变一切。它将改变生物学，它将改变天文学。但这仍然回避了第二个问题，如果你有微生物，并且你知道在地球上它们最终导致了我们，那么像我们这样的东西出现的频率有多高？

如果它看起来与我们完全不同，我的意思是，我们该如何识别它为生命呢？

我认为这正是正确的问题，这是一个不幸的问题，因为你知道，你寻找的是你可以探测到的东西。因此，外星生物学形式很可能难以理解、无法识别，与我们如此不同，以至于我们甚至没有设计出正确的实验来寻找它们。即使对于火星也是如此，人们从先驱者号，从第一次火星任务开始就一直争论说，那些早期的生命探测实验只寻找地球上的代谢机制，如果存在某种稍微奇怪的机制，就不会发现生命，因此实验的结果是没有意义的。

那么，除了宇宙中其他地方是否进化出生命之外，我们还能从研究系外行星中学到什么？

好吧，行星会随着宇宙时间而变化。因此，有一些自然力量改变了行星的大气层和内部。因此，系外行星都是关于行星如何随着时间的推移而演变的小样本。因此，我认为我们将了解很多关于适宜居住世界的这种演变，而不管人类对适宜居住世界的足迹是什么。这将对我们有所帮助。

我认为可以肯定地说，我一生中永远无法访问系外行星，而且我的孩子或孙子们也很可能无法访问，对吧？知道宇宙中还有其他行星，这确实很酷，但是这些发现真的会改变我们地球上的任何事情吗？

我认为它们只会改变某些事情。如果我们在其他地方发现了智慧的科技生命，那可能会改变某些事情，因为那时你将通过光进行交流，你不会想象你会去那里旅行，因为距离太远了。知道其他地方有微生物，

这可能会也可能不会告诉我们关于地球生物学的信息。我的意思是，我会告诉生物学家，但这可能不会影响我们在这个星球上的生活方式。如果我们发现了智慧生命，当然，我们有很多问题要问。亚利桑那大学天文学教授克里斯·因佩。一切的未来是华尔街日报的制作。斯蒂芬妮·奥根·菲茨是“一切的未来”的编辑总监。

这一集是由我制作的。丹尼·刘易斯是我们的事实核查员，我们的合作伙伴是内森·迈克尔·莱维尔和杰西卡·恩顿，我们的声音设计师，以及主题音乐。凯瑟琳·米尔斯·厄普是我们的主管制作人。

莎拉·穆斯林是我们的开发制作人。斯科特·斯莱维和克里斯蒂安·利是副编辑，菲洛努斯·帕特森是华尔街日报新闻音频主管。喜欢这个节目，告诉你的朋友，并在你最喜欢的平台上给我们留下五星评价。感谢收听。

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