想法应当是非常符合逻辑的:既然太阳系中距离太阳的适当距离可以定义为太阳系层面的“宜居带”,那么在更高级别上,距离银河系中心的适当距离也应当可以定义一个“银河宜居带”。
有关这一概念,最早是由地质学家和古生物学家皮特·伍德(Peter Ward)以及天文学家和宇宙生物学家唐纳德·布朗利(Donald Brownlee)在他们合著的《孤独地球》(Rare Earth)一书中提出的。但这一概念实际上却是和哥白尼理论体系相对立的。
一些杰出的天文学家如卡尔·萨根和弗兰克·德雷克都倾向于采纳基于哥白尼理论模型的“生命普适”观点,这一理论支持这样一种观念,即宇宙中可以存在其它形式的复杂生命体。而伍德和布朗利则坚持认为在我们的银河系中,我们的地球以及允许生命存在的环境是罕见的,因此生命将是极其不寻常的现象。他们的这一观点基本上符合著名的费米佯谬的描述。即:如果银河系中充满了生命,那么为什么我们到现在还没发现它们的任何蛛丝马迹?如果它们真的存在,它们在哪?对于这一著名的“费米之问”,伍德和布朗利给出的答案是:进化到微生物阶段以上的外星生命本就极其稀少,向复杂生命的进化需要极端苛刻的条件,而每一样这样的条件出现的可能性都是极其微小的,也就是说:生命根本不是普遍存在的,生命是罕见的现象。
简单的说,伍德和布朗利认为银河系中绝大多数区域是根本不适合生命生存的。他们认为银河系中仅有很窄的一道环状区域可能适合生命存在,即“银河系宜居带”。
自从这一理论被提出之后又许多天文学家对这一观点进行思考,看来并不是所有专业天文学家都同意伍德和布朗利有关“孤独地球”的观点。
银河中心部位更适合生存?
最近美国宇航局宇宙生物学研究所的麦克·古瓦洛克(Michael Gowanlock)博士和他的同行,加拿大特伦特大学的大卫·帕顿(David Patton)以及萨宾·麦克康奈尔(Sabine McConnell)进行了一项有关银河宜居带的研究就显示,尽管银河系靠近核心的区域确实环境险恶,但是却可能成为最适宜生命生存的环境区域。
他们的相关论文后来发表在了《宇宙生物学》杂志上,他们有关生命宜居的概念主要基于三个基本参数:超新星爆发率,金属性(即除去氢和氦之外的重元素丰度,这是形成行星的基本材料)以及复杂生命进化所需要的时间。他们的研究发现,尽管由于在银河系内侧(即距离银心8100光年以内),这里的恒星密度要比外侧高得多,因而这里的超新星爆发频率也高得多。这样的爆发会摧毁很多行星上可能存在的生命,但是这里让生命存在下去的可能性却要比银河系外缘高出10倍。
这一研究结果和之前的很多研究结论是冲突的,如银河宜居带理论指出,只有距离银心大约2.28万~2.93万光年之间的区域才是可能适合生命存在的。我们的太阳系运行轨道距离银河系中心大约2.6万光年,正好位于银河宜居带之内,却远远位于古瓦洛克小组提出的最有可能存在生命的区域之外。
那么为何古瓦洛克小组会得到这样的结论呢?古瓦洛克本人解释说:“我们将金属丰度和行星形成速率进行了关联。”重元素(天文学上称之为“金属”)是由死亡的恒星产生的,而恒星诞生和死亡,这样的循环发生的次数越多就会有越多的重元素被制造出来。从星系历史的角度看,恒星诞生和消亡过程发生频率最为剧烈的区域是靠近银河系核心的位置。
古瓦洛克说:“银河系内侧是金属丰富最高的,而银河系外侧这一指数就要低得多。因此银河系内侧位置行星的数量也应当远多于银河系外侧。因为重元素是形成行星的原始建筑材料,而在银河系核心区域这样的材料密度是最高的。”
然而在这一区域隐藏着一个巨大的风险,那就是超新星爆发。古瓦洛克的小组考虑到了这一因素并进行了计算机模拟演算。他们对两种最常见的超新星爆发模式进行了模拟,即两颗白矮星合并所引发的Ia型超新星爆发,以及大质量恒星塌缩引发的II型超新星爆发。
铝26是II型超新星爆发的常见副产品,通过对银河系中铝26同位素丰度的测量让天文学家们得以计算出这一区域II型超新星爆发的频率大约为每50年发生一次。而根据以往的计算数据,一次超新星爆发将彻底摧毁距离其半径30光年以内的所有生命。
古瓦洛克说:“在我们的模型中,我们假定氧气的积聚以及臭氧层的出现是保障生命存活的必要条件。超新星爆发可以摧毁行星大气上空的臭氧层,于是生命便会处于危机之中。”
研究小组进行的计算显示,我们银河系中的大部分恒星至少在其生命史中的一部分时间里将是沉浸在附近超新星爆发的辐射中
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