在《星球大战》宇宙中,两颗太阳炙烤着塔图因的沙漠行星。超人获得力量,是因为他离开了照亮氪星的红矮星的猩红色光芒。科幻小说常常探讨生命如何适应不同的天空,但这些典型的恒星并不是保持行星温暖的唯一方式。
大多数严肃的天体生物学家合理地将时间花在思考 可能在围绕所谓“主序星”的行星上进化的生命形式,这些恒星产生了银河系的大部分光芒。然而,美国宇航局戈达德太空飞行中心的 शोधकर्ता 杰里米·施尼特曼(Jeremy Schnittman)是一位天体物理学家,他花了许多不太严肃的时刻思考生命在宇宙中更奇特的地方可能如何生存。我们所知的生物学很复杂,但基本上归结为需要两个简单的先决条件:维持液态水的能源和稳定的环境。
“如果你身处一颗不断被地震和火山摧毁的行星上,”施尼特曼说,“即使它有漂亮的海滩,也不会好受。”
虽然它们可能无法拥有地球宜人的热带度假胜地,但这里有四种外星系统——通过一点点有趣的や天体物理学思考——也许勉强能够满足宜居的条件。
中子星
外星微生物最不想居住的宇宙角落之一可能是一颗围绕中子星运行的行星——中子星是未能完全坍缩成黑洞的恒星残骸,但却非常接近。天文学家将它们观测为脉冲星,如同灯塔般发出巨大的辐射。
“它们以极高的速度围绕着强大的电场和磁场旋转,”施尼特曼说,“那是非常恶劣的。”
中子星确实有行星(研究人员在1992年就发现了 第一颗已知的系外行星,它围绕一颗脉冲星运行),但它们会以持续不断的高速致命粒子流消灭我们所知的绝大多数生命。高能粒子和辐射是宇宙的双刃剑:既能提供关键能量,又能迅速毁灭。即使在我们地球上,大多数卡路里也是通过植物和其他光合作用生物消耗美味的阳光进入食物链的,但我们仍然 付出巨大努力 来躲避紫外线(以免我们被晒伤)。
中子星周围的环境严重偏向辐射谱的死亡和毁灭一端,但研究人员 计算出,一个终极“金发姑娘”行星的保护屏障可以容纳最顽强的生物。具体来说,一颗比地球大十倍的“超级地球”上的生命,如果拥有浓如浓汤般的大气层来抵御辐射的腐蚀作用并保护地表免受太空的侵蚀,以及一个强大的磁场来抵御带电粒子的冲击,就能在这种环境下生存。
生活在边缘
施尼特曼说,某些类型的黑洞可能更具居住性。受电影《星际穿越》的启发,他最近对 黑洞宜居带 进行了计算,并将结果发布在尚未经过同行评审的预印本服务器arXiv上。他的思想实验从存在于大多数星系中心的超大质量黑洞类型开始,因为较小的黑洞会更急剧地弯曲空间,从而撕碎比篮球还大的近距离物体。
黑洞本身并不发光,但施尼特曼计算出,它们扭曲时空的能力可以提供替代能源。在黑洞边缘(从远处看)时钟运行得更慢,而上下振荡的光波可以被视为微小的滴答声。相反,从黑洞附近观察到的远处时钟的指针会飞速旋转,同样,任何波都会被集中并提高到更高的能量。“所有那些时钟周期或滴答声都会堆积起来,然后一次性爆发,”施尼特曼说。
因此,黑洞扭曲时间的能力可以使宇宙中背景波和粒子足够热,从而加热行星。特别是,施尼特曼计算出,对于一个紧贴黑洞边缘(例如,距离黑洞半径的1%)的行星,黑洞会为入射的轻中微子粒子充能,这些粒子可以保持行星核心足够温暖,使微生物能够在地表深处繁衍。
然而,来自其他地方的定居者需要先进的技术才能在地表生存,因为同样的机制会 放大 所有入射辐射。在这个距离上,行星将以接近光速的速度绕黑洞运行,将整个天空的星光直接弯曲到观测者身上。“[光束]看起来就像子弹打在你脸上,”他说,“整个天空会是黑色的,而正前方的一个小点会是耀眼的。”
在这个世界上,移民需要躲在行星级别的铝制屏蔽层下,以避免被星光和宇宙大爆炸的微波余晖烤焦。
从安全的距离
然而,如果离开几百个黑洞半径的距离,生活就会变得容易得多。从这个安全的距离看,行星可以沐浴在落入这个巨兽口中的气体和尘埃燃烧发出的光芒中。除了天空中本应是太阳的地方悬挂着一个黑洞之外,地表条件可能与地球没什么不同。在这个距离上,时间流逝的速度几乎与宇宙其他地方一样,所以星光变得不那么致命了。
此外,由于超大质量黑洞只在星系中心形成,那里的行星可能提供绝佳的观星地点。施尼特曼说,附近的恒星会在白天出现,晚上,星系的景象会像地球上满月一样明亮。“夜晚将是令人眼花缭乱的,”他说。
白矮星
然而,生命在不那么完全坍缩的恒星周围会过得更好,比如白矮星——红巨星的地球大小的残骸,即使驱动恒星的聚变已经停止,它们仍然因残余的热量而发出白热的光芒。
尽管它们会发出相当多的有害紫外线辐射,施尼特曼说它们“比中子星的可怕程度低”,而且比黑洞更可靠,因为黑洞可能会吞噬大量气体,并突然变成一个炙烤行星的类星体。
从能源角度来看,任何宜居行星都必须非常靠近其白矮星伴星,其轨道距离比水星到太阳的距离近约30倍。但即使在如此近的距离,研究人员 估计,外星DNA也只能承受比地球DNA高约40%的紫外线辐射。
最困难的部分将是生存于主星的红巨星阶段,那时它会膨胀并烧毁沿途的所有行星,然后在收缩成白矮星。这个场景实际上与人类的未来最相关,因为太阳将在几十亿年后经历同样的转变,在这个过程中将地球烧成焦炭。施尼特曼推测,拥有无限技术,未来的地球居民可以尝试将地球移到木星轨道之外,等待太阳的炽热膨胀。但如果没有这个绝望的办法,我们可以从中得到一些安慰,知道陨石可能会为太阳收缩成白矮星后留下的任何东西带来水和其他物质。整个生物循环可能就会重新开始。