【银河】生命三问（下）：银河系里到底有没有外星人？( 二 )
要想满足有机化合物的这个特征 ， 需要有个善于连接其他原子的核心原子 。 碳原子能够形成4个化学键 ， 是自然界最喜欢“交朋友”的原子 ， 非常符合要求 。 硅原子虽然也可以形成4个化学键 ， 但却无法像碳那样形成二价键甚至三价键 ， 这个特性使得碳原子可以两两结合 ， 形成一条以碳原子为骨架的结构稳定的长链 。 这条链甚至可以首尾相连形成闭环 ， 这就进一步增加了碳基分子的多样性 ， 硅基分子则没有这个能力 。
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几种常见的有机化合物分子式
碳原子还有一个优点 ， 那就是碳和其他原子相结合所需要的能量比硅原子要小得多 ， 仅仅依靠闪电所提供的能量就足以形成化学键了 ， 这一点在缺乏催化剂的地球“原始汤”中是一个很关键的优势 。
因为以上原因 ， 宇宙中的生命应该都是“碳基”的 ， 硅基生命很难存在 。 正因为如此 ， 地球这才选择了仅占地壳总质量0.05%的碳原子作为组建生命的原材料 ， 而不是含量至少比碳多100倍的硅 。 其次 ， 让我们来看看生命所需的另一个关键物质——水 。
生命为什么需要水呢？这个问题有两个答案：第一 ， 液态水是个万能溶剂 ， 大部分有机或者无机分子都可以溶于水中 ， 这就相当于为不同分子提供了一个见面和碰撞的机会 ， 这是形成新物质的前提条件 。
第二 ， 水的冰点很低 ， 沸点又很高 ， 因此水分子能够在很大的温度范围内（0-100°C）保持液态 ， 这一点是宇宙间绝大部分常见物质都无法做到的 。 事实上 ， 按照地球现在的温度 ， 只有水能够长期保持液体状态 ， 如果换成别的分子 ， 要么全部冻成了固体 ， 要么全部化成了蒸汽 ， 生命是无法出现的 。
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除了碳和水之外 ， 地球生命的形成还需要活跃的地质活动 ， 比如火山或者板块移动 。 地球是少数具备这个特点的行星 ， 个中原因请看下文 。
03
接下来 ， 让我们从宇宙的起源开始 ， 探讨一下地球生命诞生所需的基本条件究竟如何才能被满足 。
首先 ， 宇宙诞生于138亿年前发生的大爆炸（Big Bang） 。 大爆炸之后很长一段时间里 ， 宇宙中只有氢和氦这两种最简单的元素 ， 所以生命是不可能诞生的 ， 缺乏必需的原材料 。 之后 ， 由于引力的作用 ， 氢和氦原子开始聚集 ， 密度逐渐增加 ， 内部温度也开始上升 ， 终于形成了第一批恒星 。 恒星内部的温度和压力都非常大 ， 引发了核聚变 ， 质子和中子开始相互结合 ， 形成了比氦更大的原子 ， 也就是锂铍硼碳氮氧氟氖等等等等 ， 天文学家们习惯性地将这些大于氦原子的元素统称为“金属” 。
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大爆炸想象图
恒星是有寿命的 。 随着恒星生命的结束 ， 其内部的“金属”通过各种方式散布到宇宙中成为宇宙尘埃 ， 被下一个星系俘获 。 这个过程一再重复 ， “金属”的种类不断增加 ， 又出现了钠镁铝鹏鹏硫氯氩钾钙等等等等原子量更大的元素 ， 其含量也逐渐增加 ， 宇宙开始变得复杂起来 ， 为生命的出现做好了物质准备 。
以上说的是宇宙的基本演化模式 ， 接下来再说说银河系 。
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银河系示意图
银河系诞生于130亿年前 ， 那时的宇宙还很年轻 ， 银河系里只有氢和氦 ， 不可能有生命 。 太阳是45亿年前诞生的 ， 也就是说太阳是在大爆炸发生后的93亿年之后才出现的 。 但即使如此 ， 太阳系里仍然含有高达71%的氢和27%的氦 ， 其余的“金属”只占2% ， 这说明“金属”的产生和富集是一个相当缓慢的过程 。 地球就是由这2%的“金属”物质组成的 ， 所以地球才会是个固体 。 比太阳年轻的恒星系里的“重金属”太少了 ， 少到无法形成固体星球 ， 所以即使银河系里有生命 ， 地球生命也应该是较早出现的那一个 。 换句话说 ， 即使银河系里有外星人 ， 他们的发展阶段也应该和我们差不太多 。
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