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外星生命可通过潮汐来“对表”

2017年的诺贝尔生理医学奖颁给了研究生物钟的三位科学家。

生物钟之所以重要,在于它对协调生命适应环境方面起着关键作用。有大量证据表明,生物钟对于地球上的高级生命是必不可少的。没有生物钟,很难想象生命是如何进化来的。你不妨试想一下,在原始社会,如果一个人的生物钟错乱了,在夜幕降临之后还四处活动,那他多半要被野兽吃掉。

绝大多数外星球

缺少“对表”的条件

生物钟的作用是让生命活动与外界保持同步,这其实就是一个校准的问题。在地球上,校准是通过跟踪太阳光线的变化来实现的。天文学家推而想之:一个外星世界,倘若那里永远是白昼或黑夜,恐怕是进化不出生命来的,因为外界没有东西可供生物钟校准。

可是宇宙中具备生命生存条件——允许液态水存在的太阳系系外行星,绝大多数永远是白昼或黑夜的世界。道理很简单:在宇宙中,像太阳这样明亮的恒星毕竟占少数,大量的恒星则是质量更小、温度更低、亮度更暗的红矮星和褐矮星。在它们的恒星系统里,行星要让水保持液态,得跟恒星靠得很近才行。但是靠得太近又会引起一个致命的后果:朝着恒星的一侧所受的引力要远大于背着恒星的一侧所受到的引力(两侧所受引力差叫潮汐力),这一效应将会给行星的自转减速,直至停止,使得行星对恒星保持一副永恒的“阴阳脸”。就像月球一样,始终是一个面对着地球。这个现象在天文学上叫“潮汐锁定”。

潮汐或许可用于“对表”

在大部分允许液态水存在的行星中,潮汐锁定是很普遍的现象。这种世界一面是永恒的白昼,一面是永恒的黑夜。一面热火朝天,一面冰天雪地。由两边气温差引起的飓风,呼呼地刮过整个星球。这样的世界里对于生命毋庸置疑是个地狱。

不过,最近有科学家提出不同的看法,认为即使在那样一个世界,生物钟校准也是可能的。只要存在大量液态水,从而形成海洋;而且行星具有椭圆形轨道,那么海水的周期性潮汐运动可为生物钟供校准之用。

造成潮汐运动的原因则来自行星的椭圆运动:当它与母恒星距离较近时,由于所受引力更强,更多的海水被吸到朝着恒星的一侧;当它距离母恒星较远时,所受引力减弱,海水就退潮了。这样,随着行星的周期运动,周而复始,形成潮汐。

生活在外星海洋里的生命,可通过潮汐来校准生物钟,让生命活动与外界变化保持同步。事实上有迹象表明,即使在地球上,海洋中的某些鱼类和螃蟹,也是通过潮汐而不是通过太阳光线的变化来校准生物钟的。

潮汐还有利于生命起源

潮汐也有利于生命的起源。地球生命可能起源于海洋。但长期以来,一个争论不休的问题是,如果组成生命的各个“部件”分散在茫茫大海中,要让它们聚在一起“组装”出一个生命来,概率实在太小了。用英国天文学家霍伊尔的话说,相当于通过刮一阵飓风把一堆飞机零件组装出一架飞机的概率。

但潮汐可以增大生命起源的可能性。当潮汐退潮时,水滞留在地势低洼的地方,形成许多池塘。池塘里的水蒸发,生命进化所需的化学物质就会不断浓缩,这就极大地增加了进化出生命的概率。最终,随着潮汐日夜的流动,生命也可能出现在“冰火两重天”的外星球上了。

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