醫(yī)學(xué)資料8-地外生命概述

1、西華師范大學(xué)公共選修課天 文 學(xué) 概 論第7講 地外生命劉雄偉物理與電子信息學(xué)院2021/7/18 星期日生命的誕生和演化2021/7/18 星期日人類從哪里來？ 我們都產(chǎn)生于幾十億年前的一顆恒星的核心。 也曾經(jīng)是恐龍身上的一部分。2021/7/18 星期日 地外文明非常應(yīng)該是存在的，否則，地球人類和文明不就成了神秘、偶然的東西了嗎？當(dāng)然，也有人認為，就是獨一無二的。 尋找地外生命 屢遭挫折，百折不饒。我們是唯一的嗎？2021/7/18 星期日一、尋找太陽系內(nèi)的生命二、地外生命存在可能性的探討三、飛碟之謎四、搜尋地外智慧生命（SETI）五、尋找太陽系外的行星系統(tǒng)2021/7/18 星期日 地球

2、誕生于46億年之前，誕生時溫度較高，大氣中的氧氣也很少。 幾億年后，逐漸冷卻，形成地殼；大氣中的水汽凝結(jié)變?yōu)橛晁?，形成海洋；變成了氧氣和氫氣；變成適于生命誕生和存活的星球。一、尋找太陽系內(nèi)的生命 1，人類的家園地球2021/7/18 星期日地球表面70.8%的海洋使它成為美麗的“藍色水球”2021/7/18 星期日 地球離太陽距離適中，陽光適中，不太冷，不太熱，為各種生命的存活提供了基本條件。其它行星都不具備這個條件。 地球質(zhì)量適中，能夠維持住海洋和大氣層。 水是生命孕育和發(fā)展的必要條件，地球上的水資源十分豐富，地球引力阻止了水蒸氣逃離地球。我們?yōu)槭裁辞『蒙钤谶@樣一顆星球？2021/7/18

3、 星期日2，地球生命大約在36億年前，地球上開始出現(xiàn)生命，先在海洋里，然后到陸地，先是低級的，然后發(fā)展到高級；6億年前，三葉蟲有了完整生命；4億年前，生命從海洋爬上陸地； 生命的孕育需要非?？量痰臈l件！ 需要非常長的時間！2021/7/18 星期日地球型生命存在的5個條件1）合適的溫度；2）液態(tài)的水，或相當(dāng)于水的某種液體。既是生物體的必要組成部分，也是各種生物化學(xué)反應(yīng)的必要介質(zhì)。若是固體，反應(yīng)的幾率很低。3）適宜的大氣層，防止宇宙線和隕石的侵害，保護水資源。導(dǎo)致生命起源的多種天然有機化合物，需要在大氣中通過紫外線照射和電火花才能合成。2021/7/18 星期日4）足夠長的時間。生命的發(fā)生過程是

4、非常緩慢的。地球上最早的生命發(fā)生在地殼誕生后10億年，到現(xiàn)在已有幾十億年的時間。5）必要的有機物的化學(xué)元素，如氫、碳、氮、氧、鐵等。宇宙誕生初期缺少這些元素，所以生命形成也需在宇宙誕生相當(dāng)長時間之后才能發(fā)生。 2021/7/18 星期日 彗星主要由水、氨、甲烷、氰、氮、二氧化碳、甲基氨的分子組成。 彗星瓦解后散落在軌道上的碎片闖入地球大氣形成流星雨，落到地面成為隕石。 19世紀，開始研究隕石的成分。分析1838年降落在南非的隕石后，發(fā)現(xiàn)其中確實含有氨基酸、核酸鹽、碳氫化合物。3，地球上的生命來自彗星和隕石嗎？2021/7/18 星期日 火星隕石目前，共有12塊隕石被確認是來自火星。它們是由于小

5、天體撞擊火星被拋入空間，來到地球的。右上圖是火星隕石的ALH84001的，分析出由碳酸鹽組成的微細管狀結(jié)構(gòu)，是36億年以前火星上存在的原始微生物的化石。2021/7/18 星期日在地球南極發(fā)現(xiàn)的火星隕石中，出現(xiàn)了可能是某種微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)。2021/7/18 星期日太陽系的空間探測沒有發(fā)現(xiàn)其它行星和衛(wèi)星有肉眼可見的動植物。 水星是所有行星中表面溫差最大的，向陽面的溫度最高時可達連錫和鉛都會熔化的攝氏430度。但背陽面的溫度可降到攝氏零下160度。很難有生命存在。4，尋找太陽系內(nèi)的生命2021/7/18 星期日金星溫度高達攝氏450度，表面壓力為90個大氣壓。云層的主要成分是硫酸的濃縮溶液及少量

6、的鹽酸和氫氟酸。很難有生命存在?；鹦巧蠜]有肉眼可見的動植物，更沒有像人類一樣的智能動物?；鹦侨恕⒒鹦沁\河、火星人發(fā)射人造衛(wèi)星等，已經(jīng)被證實不存在。木星、土星、天王星、海王星的大氣主要是由液態(tài)的甲烷、氫和氨構(gòu)成的。從現(xiàn)在探索的結(jié)果來看，存在生命的可能性微乎其微。 2021/7/18 星期日 退而研究行星和衛(wèi)星的環(huán)境，如有沒有水、大氣及其成分等。 探測到火星表面在歷史上有水的證據(jù)，還發(fā)現(xiàn)火星南極有大量氫分子，間接地表明那里有冰凍水的存在。 土星的第六個衛(wèi)星，木星的第二個衛(wèi)星被探有大氣層，認為具有地球類似的演化歷史，可能孕育生命。 在太陽系行星及衛(wèi)星上尋找水和大氣2021/7/18 星期日 “惠更斯

7、”探土衛(wèi)六 “惠更斯”探測器于2005年1月14日到達泰坦的表面。發(fā)回第一批350多幅照片。 證實關(guān)于土衛(wèi)六上具有甲烷河流的猜想； 大氣濃度約是地球大氣的1.5倍； 最上面是一層薄薄的巖石外殼； 底部有侵蝕的痕跡，曾遭到過河流的沖刷； 時速為 24千米的風(fēng)存在； 非常類似于46億年前的早期地球。 2021/7/18 星期日5，在地球上尋找極端惡劣環(huán)境下的生物 行星和衛(wèi)星上的自然環(huán)境惡劣，沒有找到生命的跡象。地球上有些地方的自然環(huán)境也是極端惡劣。 如果一些生物在地球上的一些惡劣環(huán)境下可以生存，在其他行星和衛(wèi)星上是否也可能存在？2021/7/18 星期日細菌和微生物能承受惡劣環(huán)境格陵蘭冰川下3千米

8、處發(fā)現(xiàn)微生物；深?；鹕娇诎l(fā)現(xiàn)能夠承受高壓和高溫的細菌；阿塔卡馬沙漠的土壤中發(fā)現(xiàn)能夠經(jīng)受住寒冷、真空、干旱和輻射考驗的細菌；在紅海附近鹽灘發(fā)現(xiàn)耐鹽的細菌；在美國加州金礦毒液中發(fā)現(xiàn)耐酸細菌；在南非礦井中發(fā)現(xiàn)能夠從周圍巖石和空氣中獲取所需的所有營養(yǎng)物質(zhì)的微生物。2021/7/18 星期日地球細菌在月球上存活！ 地球上的微生物到了在幾近真空、充滿宇宙射線的月球表面還能繼續(xù)生存。1969年降落月球的“阿波羅12號”太空船，收回了兩年半前無人探測船“觀察家三號”留在月球上的相機，發(fā)現(xiàn)其底部帶著的地球上的微生物“緩癥鏈球菌”仍然存活。2021/7/18 星期日南極洲冰原深處發(fā)現(xiàn)蝦狀生物2010年初，美國宇航

9、局的科學(xué)家在南極洲180米深的冰原深處發(fā)現(xiàn)了一種蝦狀生物和一根水母的觸須。 較復(fù)雜的生命體能在這樣惡劣的環(huán)境下生存。有理由認為，在太陽系的一些星球上，如木衛(wèi)二的冰層下面也可能有類似的生物存在。2021/7/18 星期日 地球上的生命都是以碳和水為基礎(chǔ)， 因此稱為碳基生命，它們需要一定的溫度環(huán)境，并且要有水和氧氣，否則就會熱死、凍死、渴死和憋死。有些科學(xué)家也在思考和探尋這樣一個似乎很離奇的可能性，即宇宙中是否可能存在與地球上完全不同的非碳基生命？ 硅基生命；氨基生命；硫基生命：6，生命的多種可能形式 2021/7/18 星期日 1891年，德國申納爾提出硅基生命概念：硅與碳在同一族元素中，性質(zhì)與

10、碳很相似。宇宙中有很多硅，硅化合物的熱穩(wěn)定性使得以其為基礎(chǔ)的生命可以在高溫攝氏200度甚至到400度下生存。這種生命可以不攝取有機物，而只從宇宙空間中吸收星光維持生命。硅基生命呼出的則是二氧化硅（沙粒）。硅基生命 2021/7/18 星期日液態(tài)氨和水有許多顯著的化學(xué)相似性，液態(tài)氨在溶解方面比水更強。液態(tài)氨取代水，作為生命所必需的溶液和介質(zhì)。一個大氣壓，溫度在攝氏-34以下氨是液態(tài)，所以氨基生命可能在溫度比較低的世界里生存。如果星球表面的大氣壓很高，如在60個大氣壓時，液態(tài)氨的沸點溫度變成98攝氏度，氨基生命可能在高壓下生存。氨基生命 2021/7/18 星期日元素周期表中硫與氧同族，性質(zhì)相似。

11、硫在地球上的室溫時是固體，高溫時是氣體。科幻作家構(gòu)思在溫度較高的星球上生存著硫基生物，吃含硫量極高的食物。地球上曾經(jīng)找到生活在硫礦里的、厭氧的古細菌。很有可能是以硫作為自己生命的介質(zhì)。它們不需要氧。硫基生命 2021/7/18 星期日1、宇宙中的有機分子 生命進化：由低級生物進化到高級生命；由無生命物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生命物質(zhì)。 射電觀測發(fā)現(xiàn)來自銀河系內(nèi)外的星際分子共100多種，構(gòu)成地球生物的基本元素在宇宙空間的各個方向都有。 星際分子大多數(shù)由氫、氧、碳、氮、硫、硅6種元素組成。前4種元素是組成生命單元細胞的蛋白質(zhì)和DNA的最基本的元素。二，地外生命存在可能性的探討2021/7/18 星期日 星際空間有

12、大量有機分子，說明構(gòu)成生命的基本物質(zhì)到處可見。 發(fā)現(xiàn)這些構(gòu)成生命的基本物質(zhì)并不等于發(fā)現(xiàn)了地球之外的生命。因為生命的存在和發(fā)展需要適宜的外界自然環(huán)境，如適宜的溫度、液態(tài)水、大氣、光和熱等。2021/7/18 星期日2、“類地行星”的估計 生命的孕育需要長期穩(wěn)定：地球年齡為46億年，30億年時出現(xiàn)有細胞核的細胞，7億年前，出現(xiàn)多細胞生物，3500萬年前才出現(xiàn)類人猿，人類的文明史才有5000多年，而發(fā)達的高科技時代更是近百年的事。從孕育生命到發(fā)展成文明社會需要幾十億年的時間。 只有類太陽恒星主宰的行星系統(tǒng)才能提供長期穩(wěn)定的條件。如果恒星質(zhì)量太大，演化太快。2021/7/18 星期日 銀河系千億顆恒星

13、中約有40億顆與太陽質(zhì)量和溫度差不多，且有行星系統(tǒng)的恒星； 它們的行星系統(tǒng)中也有可能有一顆和地球差不多的行星，即“類地行星”。只有老年“類地行星”則可能有生命，但也可能因“恐龍滅絕”式的災(zāi)難而毀滅。 文明社會也是有壽命的，最長的也會隨恒星的演化為紅巨星的時候毀滅。2021/7/18 星期日 Rs恒星誕生率；fp有行星系統(tǒng)的恒星概率；n適合生命居住的行星數(shù)；f1可居住生命并出現(xiàn)生命的行星概率； fi出現(xiàn)智慧生命的概率；fc能進行星際通訊的概率；L為文明社會壽命。 預(yù)計有智慧生命的星球有10萬1000萬個。3，文明社會的計算公式（美國德雷克）2021/7/18 星期日 如果有眾多的文明星球，可能有

14、比我們的科學(xué)技術(shù)更先進的。他們有能力與地球人類聯(lián)系，可能乘坐“飛碟”來地球。 “飛碟”是人們發(fā)現(xiàn)的一些在空中飛行的形似碟子一樣的不明飛行物（UFO）。最初報導(dǎo)在1974年，有幾個直徑有30多米，碟子形狀的怪物在天上飛行。 甚至有人宣稱看到了“宇宙人”、“曾被宇宙人抓去”等等。三、飛碟之謎2021/7/18 星期日 2002年7月30日晚10點半左右，一個神秘的發(fā)光體掠過江蘇、河南、陜西、四川、重慶等地的天空。目擊者很多，描述非常相似：飛得很高，很大，速度并不快，呈扇形；持續(xù)兩三分鐘到十幾分鐘。 判斷：高度在500千米以上，遠比飛機的速度快，外形很像一只向外噴射物質(zhì)的空間飛行器。1，不明飛行物（

15、UFO）的報道2021/7/18 星期日 1974年11月17日丹麥人勞爾森拍攝的不明飛行物照片（左圖）。 研究表明，許多不明飛行物為氣象氣球、隕星、行星以及飛機著陸時的指示燈，及某些氣象現(xiàn)象。有些飛碟現(xiàn)象是由電離了的空氣所形成的明亮的等離子體組成，它們是電暈放電造成的。有些關(guān)于飛碟的報道則是有意編造出來的騙局。 2021/7/18 星期日 恒星的行星如果有智能生物，要到地球來拜訪，即使是近處的，飛碟速度也接近光速，也要經(jīng)過4.3100年才能到達。 天文學(xué)家探測過近處的恒星（100PC）沒有發(fā)現(xiàn)那里有文明社會存在。 有人說看見了乘飛碟來地球的外星人，但總是回避和人類見面，不可信的。能坐飛船到地

16、球，其科技水平遠遠超過我們，還怕與人類交流？2，飛碟是外星人乘坐的飛船嗎？2021/7/18 星期日四，搜尋地外智慧生命（SETI）國際宇航科學(xué)院成立了“搜尋地外智慧生命” 的專門的委員會，把搜尋地外智 慧生命有關(guān)的各種活動納入了科 學(xué)的軌道。簡稱SETI。 1959先驅(qū)性的論文：德雷克提 出在1420兆赫附近搜尋地外文明 的建議，得到了強烈的反映。成 為SETI科學(xué)的第一塊里程碑。2021/7/18 星期日 射電望遠鏡的發(fā)展已具備接收來自宇宙空間微弱的電波信號，裝備電波發(fā)射設(shè)備后，將成為有很強的空間通訊設(shè)備。 進行宇宙通訊必需選擇理想的頻率窗口。選用的頻率是能穿過地球的電離層，也能穿過地外文

17、明所居住的星球的大氣層。1、宇宙通訊2021/7/18 星期日 在1400兆赫頻率附近，天空背景噪音很小，只有50K，而在300兆赫附近，背景噪音則高達300K。 1400兆赫附近的21厘米和18厘米波長成為進行宇宙星際通訊理想的頻率窗口。21厘米是中性氫譜線(H)，18厘米是氫氧基譜線(HO)。所以這個頻率范圍稱為“水洞”。最佳的通訊頻段：水洞2021/7/18 星期日 1960年奧茲瑪計劃是第一次有計劃地搜尋地外文明。使用美國國立射電天文臺25米射電望遠鏡，在21厘米波段，對兩顆最可能存在智能生物的波江座星和鯨魚座星作了監(jiān)測，累計達200小時，沒有檢測到外星人發(fā)來的信號。2，奧茲瑪計劃20

18、21/7/18 星期日 第二期奧茲瑪計劃 改用兩臺口徑較大的射電望遠鏡，仍在21厘米波段上，對660顆離我們較近的類太陽恒星進行監(jiān)測，也沒有得到結(jié)果。 “高分辨率微波巡視”計劃 改用阿雷西博305米的射電望遠鏡，對100光年以內(nèi)的800-1000顆類太陽恒星進行監(jiān)測，結(jié)果還是一無所獲。2021/7/18 星期日 “賽克洛普斯星際通訊相位陣”示意圖 沒有獲得經(jīng)費支持，未能實現(xiàn)2021/7/18 星期日 目前，載入星際航行不可能。恒星遙遠、生命有限和飛船的速度和燃料限制等； 不載人飛船可以離開太陽系，20世紀70年代美國在“先驅(qū)者”10號、11號探測器攜帶一封向宇宙人致意的信件。信寫在鋁板上，幾億

19、年也不會變形和變質(zhì)。 “旅行者”1號和2號帶著可以播放兩個小時的關(guān)于“地球之音”的唱片。唱片是用噴金的銅制成的，經(jīng)久不壞。 3，拜訪地外文明社會2021/7/18 星期日 “先驅(qū)者”號飛船攜帶的表征人類文明的圖形2021/7/18 星期日 把無線電能量集中在一個很小的束中發(fā)射出，可使發(fā)射功率提高一百萬倍以上。 1974年，用阿雷西博射電望遠鏡向武仙座M13球狀星團發(fā)射信息。 這份電報是要告訴“武仙座”的智能生物，關(guān)于太陽系、地球、和地球人的一些信息。 電報以光速傳播，達到目的地要2.4萬年，如果真的收到后立即給我們回電，地球人要在4.8萬年以后才能收到。4，向武仙座M13球狀星團發(fā)射信息202

20、1/7/18 星期日 銀河系中，有多少像我們太陽系差不多的恒星行星系統(tǒng)？有多少具有像地球一樣條件的行星？這成為尋找地外文明的關(guān)鍵所在。 尋找銀河系中的行星系統(tǒng)主要有兩個方法： 直接獲得恒星和它的行星的圖象，很困難，必須用特大光學(xué)望遠鏡； 間接的方法，檢測出行星系統(tǒng)對恒星的影響。五、尋找太陽系外的行星系統(tǒng)2021/7/18 星期日 太陽系外的行星距離遙遠，又處在光芒四射的恒星附近，要想直接觀測到它們是非常困難。 通常是通過間接的方法推斷太陽系外行星的存在，即檢測行星對中心恒星所產(chǎn)生的影響來判斷行星的存在。 細心地觀測和調(diào)查了太陽系周圍17光年以內(nèi)的49顆恒星的情況，沒有發(fā)現(xiàn)這些恒星的行星系統(tǒng)。1

21、，太陽系附近的搜索2021/7/18 星期日1982年對毫秒脈沖星的觀測發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星PSR1257+12的兩個行星的系統(tǒng)。后來確認，是3顆行星，成為人類最先發(fā)現(xiàn)的太陽系外行星系統(tǒng)。2，脈沖星觀測 捷足先登2021/7/18 星期日行星A離脈沖星最近，平均距離為0.19天文單位，質(zhì)量約為月球的兩倍，公轉(zhuǎn)周期為25.262天。行星B的平均距離為0.36天文單位，質(zhì)量為地球的4.3倍，公轉(zhuǎn)周期為66.5419天。行星C的平均距離為0.46 AU，質(zhì)量為地球3.9倍，其公轉(zhuǎn)周期為98.2114天。2021/7/18 星期日 天文學(xué)家用“海爾”、“里克”光學(xué)望遠鏡、哈勃空間望遠鏡來尋找太陽系外的行星系統(tǒng)，已發(fā)現(xiàn)350多行星系統(tǒng)。 最先發(fā)現(xiàn)類太陽恒星飛馬座