黑暗中的生命

肖恩•雷蒙德

1万年后的某一天，你是一位太空探险家，正准备降落到一颗新发现的星球上，据说那

里可能有生命存在。但这颗星球非常黑暗，看不到任何东西，只能看到一团不祥的黑圈遮挡着星空。你进入大气层，穿过一层只能靠飞船传感器检测到的厚厚的云层。你的飞船外没有一丝亮光，没有阳光，没有星光。你非常困惑地向你的指挥官喊道：“等一下！这个星球上根本没有阳光！我们到底来这里干吗？”

太阳总是受人赞扬的。几乎所有人都喜欢阳光明媚的日子和色彩斑斓的彩虹；太阳能电池板是人类的好帮手；太阳光驱动光合作用，产生我们赖以呼吸的氧气；我们的身体受到阳光照射后才能产生维生素D，使我们不至于情绪低落；太阳崇拜和太阳神贯穿人类的整部历史。

但是，盛名之下其实难副，我们真的需要太阳吗？是的，我们确实需要太阳。如果太阳突然熄灭了，地球就会变成一个冰球。没有了太阳，我们的地质温控器——碳酸盐硅酸盐循环——就无法起到任何作用，几十年之后地球上的海洋就会冻结。地球内部的热量会继续从火山和大洋中脊释放出来。但是，地球最终会和电影《帝国反击战》中的霍斯星球一样被冰雪覆盖。到那时，地球上的大部分生命将会消失。

地球与太阳休戚与共。但是否有例外呢？让我们假设一种不同类型的行星，假设存在

一个从未有过太阳的地球，一个“流浪的”或者“自由漂流的”地球。这个星球不按照轨道运行，只是游荡在其他星球周围。这听上去像是科幻小说，但是近年来确实发现了一些自由漂流的气态巨行星。太阳系中的气态巨行星，木星和土星，都受到太阳的约束，乖乖地在轨道上运行，但这可能并不是银河系里的常态。一项2 0 1 1年发表在《自然》杂志上的研究表明，银河系的每一个恒星系中，大约会有两个不受约束的行星。天文学家对这项研究仍存争议，但大多数天文学家都同意流浪星球在银河系周边并不罕见。每一颗流浪的气态巨行星周围都可能有几个地球大小的岩石组成的星球。在我们的银河系中，有数十亿甚至数千亿这样的行星。

在流浪行星上无法享受到季节、日落这些我们习以为常的东西。不围着太阳转，连生日的概念都没有。但是，流浪行星上会有生命吗？会有像地球上一样生机勃勃的生物圈吗？

我们认为，流浪行星需要有液态的水才有可能存在生命，至少像我们这样的生命离不开液态水。要有液态水，这个星球就要保持温暖。但是太空中的温度实在太低了，只有零

上几摄氏度而已。流浪行星没有太阳怎么保暖？所有的行星内部都会产生热量。比如，地球内部的热量大部分来自塑造了它的巨大碰撞，并且这些热量大部分都被封存在地壳内。

自地球形成之日起，这种热量就慢慢地传递到地表。这种内部热量会持续存在数十亿年，

但是与每天照耀在地球上的太阳光相比，它就太微不足道了，比太阳光能量的1/ 3 0 0 0还要少。流浪行星得不到太阳光的照射，就更不能损失哪怕一点点内部的热量。流浪行星像一个罹患低体温症的病人一样，需要一个非常温暖的被窝。

星球表面的冰层可被作为一个强大的隔热层，封锁星球内部的热量。如果冰层够厚的

话，在行星的冰层下就可能有液态水海洋。但是冰层至少要有1 0千米厚，才能防止海洋冻

结几十亿年。木星的两个大卫星——木卫二和木卫三——厚达几千米的冰层下面就潜伏着

海洋，这可能与结冰的流浪行星类似。地球被冰冻之后，生命还能继续生存在海洋深处吗？恐怕不行。我们地球上的水太少了，覆盖全球的冰层只能有几千米厚，无法形成一个足够厚的隔热层。地球充其量只能维持局部的液态水，例如在火山这种强大的热源附近，但是无法形成覆盖全球的海洋。

厚厚的大气层也能够保留星球内部的热量，没有冰层的星球就靠它在表面保留液态

水。最理想的大气层气体是氢。氢是一种非常高效的隔热层，即使在非常低的温度下也能保持气态，不会凝结。厚厚的氢大气层可以使一颗流浪行星的表面温度高于水的冰点，因此星球的表面就可能有湖泊和海洋，甚至生命。但是这个大气层必须比地球的大气层厚1 0倍至1 0 0倍。

》流浪行星是漏网之鱼

人类的眼睛看不到这些被厚厚的大气层包裹起来的流浪行星，只有遥远的星光照耀着

它们。它们像天王星和海王星一样，很可能有许多不同的云层，没有星光能照射到其表面。这里的大气层是令人窒息的，如果你站在这个星球上仰望天空，你看到的只有黑暗。

流浪行星可能是在恒星的轨道上形成的。它们最初只是一些尘埃颗粒，通过一系列的

碰撞逐渐变大。其中一些行星捕获了气体，变成了像木星和土星这样的气态巨行星；其他一些行星像地球一样，体积较小，由较多的岩石构成，要经过几百万年才能成形，最终融入有序的行星系统中。但是这些系统往往不稳定。气态巨行星非常巨大，它们的重力作用能够将行星弹出星际空间，因此这类流浪行星就像爆米花一样从锅里蹦出来，成了漏网之鱼。在这些流浪行星中，有些会有厚厚的冰层，有些会有氢气层包裹，有些还会有自己的卫星。与地球相似的流浪行星通过与它们的卫星或者气态巨行星间的相互作用获得潮汐加热，从而得到一些内部热能。

再进一步假设，如果没有液态水，生命能够存活在没有太阳的星球上吗？地球表面的

生物都依赖太阳，但是方式各异。植物和简单的微生物是初级生产者，它们直接依赖太阳

的能量，把阳光直接转化成化学能。动物这样较高等的生物，主要靠吃初级生产者生存，间接地依赖太阳。但是，科学家发现地球上有一些生物不需要太阳，他们称其为化能自养生物。这些生物生活在海底，依靠地球内部释放出的能量制造自己的有机碳。这些微生物为深海热液喷口周围生机勃勃的生态系统奠定了基础。

光合生物将光能转化为化学能，而化能自养生物依靠预先存在的条件——比如热液喷

口周围剧烈的温度变化——驱动化学反应。不过光合作用的效率要高得多，它将太阳能转

化成生物质能的效率比化能自养生物转换内部热量的效率高1 0 0 0多倍。但是这只是地球上的情况。在流浪行星上，没有阳光作为能量来源，生命体就会有更强烈的动机，更有效地获取星球内部的热量。

流浪行星上的生物圈必须建立在化能自养生物的基础上，只有化能自养生物才能为其他更复杂的生物体提供所需的有机碳。但是它们的生物效率太低了，所以建立在化能自养生物基础上的生物圈需要生产大量的生物质能。打个比方，靠光合作用一颗苹果树能结1 0 0 0个苹果，而在流浪行星上一棵苹果树只能结一个苹果，所以需要1 0 0 0棵苹果树。

流浪行星上会自发出现生命吗？还是需要从其他地方接种？我们目前还无法确定。我

们甚至还没搞明白地球上的生命是如何起源的。不过，生物新陈代谢的起源目前有几种说

法，其中包括深海发泄假说。这个理论认为热液喷口为地球上最早的生命提供了摇篮，而流浪行星上很可能也散布着热液喷口。因此，流浪行星上的生命很可能是从本星球上起源的，而不是从其他地方接种的。

黑暗生物圈会是什么样子的呢？让我们来看看地球上类似的生物群落。地球内部热量

的释放在地球表面并不是平均的，某些地区的温度更高。在海底的热液喷口附近分布着生

机勃勃的海底生态系统，其中有很多稀奇古怪的植物和奇异独特的生物， 比如2米长的管

虫、鳞脚蜗牛和没有眼睛的虾，等等。化能自养生物制造了这个生态系统，它们形成了一层厚厚的细菌，为复杂的生物链提供了最基本的食物。这种生物圈可能零星分布在流浪行星上，聚集在这些星球表面的热源附近。那里甚至可能有较大的生物，比如管虫。所有的生命绿洲在最初都是孤立的，物种也是独特的。但在某些流浪星球上面，这些生态系统可能会合并成一个遍布全球的生物圈。

》我们可以把流浪星球当成向

银河系扩展的跳板和驿站我们并不想向其他星球殖民，尤其不会想去这些冰冷的流浪星球。要渗透到几千米深的冰层下并非易事，而要在这些冰层下生存更是难上加难。但是被大气层包裹的流浪行星可能很诱人，这些星球表面的湖泊和海洋相对比较容易进入。但是，由于氧气和氢气无法和平共处，所以这些行星的大气层对人类来说是无法呼吸的。在我们踏上这个星球之前，必须弄清楚这个星球上的生物质能是可以轻而易举地获得，还是被禁锢在海底深处。但是，即使在最理想的状态下，由于缺乏太阳能，食品生产恐怕很困难，而且我们也无法知道这个星球上土生土长的植物和动物是否可以食用。我们也无法看到彩虹。因此，如果人类要向银河系殖民的话，流浪行星恐怕不是我们的首选。

但是流浪行星有距离的优势，它们离我们很近。目前，我们对太阳附近的暗弱星体的研究还很不完善，可能在我们附近的星系里就有类似地球的流浪行星。如此一来，我们就可以把流浪星球当成向银河系扩展的跳板和驿站。

想象一下吧，你是第一个踏上流浪星球的人。你驾驶着飞船来到这里，探照灯射出的

光量子将打破这颗星球上几十亿年的黑暗。你的殖民地和这颗星球上的元素是分离的，完

全不接触有毒的空气。你的孩子在成长过程中看不到任何星星，也不能到外面玩耍，至少不能不穿宇航服到外面玩耍。但是你要安慰自己，为了人类能够进一步踏上其他星球，你做出的牺牲是有价值的。

肖恩·雷蒙德，美籍天体物理学家，任职于法国波尔多天体物理学实验室。