当人类把目光投向浩瀚宇宙,寻找地外生命踪迹时,一个令人沮丧的消息传来。圣地亚哥州立大学的研究团队在最新研究中指出,占据银河系73%以上数量的红矮星,其周围的类地行星可能永远无法诞生复杂生命。这一发现给星际探索热情泼了一盆冷水。
问题的核心在于光照。这些暗淡的小型恒星发出的光线大多落在红外波段,而地球生命赖以为生的光合作用,需要的是400至700纳米波长范围内的光子,这被称为光合有效辐射。
艺术家描绘的被行星环绕的M型矮星。图片来源：NASA/JPL-Caltech/MSSS
从微生物到复杂生命需要多久
圣地亚哥州立大学研究团队选取了著名的TRAPPIST-1系统作为研究对象。这个距离地球约40光年的星系拥有七颗行星,其中数颗位于理论上的宜居带内。科学家们对这一系统中可能存在的微生物光合作用进行了详尽建模,结果却令人震惊。
在地球上,光合作用生物大约花了23亿年时间才在大气中积累起足够的氧气,最终在距今约5.4亿年前引发了寒武纪生命大爆发。但围绕M型红矮星运行的行星,情况要糟糕得多。
研究人员计算发现,以TRAPPIST-1e为例,即便存在能进行光合作用的微生物,要达到类似地球的氧气含量,最坏情况下需要630亿年。要知道,整个宇宙的年龄也不过138亿年。即使采用最乐观的假设,考虑到外星生物可能进化出更强的光适应能力,达到寒武纪大爆发的时间尺度仍需超过100亿年。
红矮星发出的光线主要集中在红色和近红外波段,能量远低于太阳光。这意味着即便行星上出现了原始的光合生物,它们产生氧气的速度也会极其缓慢。没有充足的氧气,多细胞生命就无从谈起,更别提进化出复杂的动物了。
银河系的生命版图需要重新审视
这项发表在arXiv预印本服务器上的研究,对系外生命探索提出了严峻挑战。银河系中约有1600亿颗红矮星,占所有恒星总数的70%至82%。如果这些最常见的恒星周围都难以孕育复杂生命,那么宇宙中适合高等生物存在的环境可能比我们想象的要稀少得多。
图中展示了现代地球（黑色）、26.5亿年前的太古宙地球（蓝色）以及TRAPPIST-1e（红色）的入射光子通量密度。为了清晰起见，光谱分辨率有所降低。阴影区域代表了光合作用的三个相关波段：标准光合有效辐射（PAR，0.40-0.70 μm）、扩展光合有效辐射（PAR，0.40-0.75 μm）和缺氧光合有效辐射（PAR，0.40-1.1 μm）。图片来源：arXiv (2026)。DOI：10.48550/arxiv.2601.02548
当然,这并不意味着探索的终结。研究团队指出,简单的微生物生命依然有可能在红矮星系统中繁衍。这些星球或许永远停留在"微生物时代",但生命本身的存在仍具有非凡意义。
更重要的是,这项研究为未来的系外行星搜寻指明了新方向。与其把资源集中在数量众多但光照不足的红矮星系统,科学家们应该把目光转向那些与太阳更相似的G型、K型恒星。虽然这类恒星在银河系中只占很小比例,但它们发出的高能光子或许才是点燃生命演化引擎的关键燃料。
美国宇航局计划在2030年代推出的"宜居世界天文台",将能够直接观测类地行星的大气成分。届时,科学家可以通过检测氧气和臭氧的存在,筛选出真正有希望孕育复杂生命的星球。
红矮星系统的暗淡前景提醒我们,地球或许比想象中更加特殊。在这颗蓝色星球上,充足的阳光、适宜的温度和漫长的地质时间完美结合,才造就了今天丰富多彩的生物圈。当我们继续向星辰大海进发时,这份认知将帮助我们更精准地寻找宇宙中其他可能存在的生命绿洲。
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