外星人中，也有天文学家吗？

托勒密的世界观模型（图片来源：Wikimedia）

最近，我在美国威斯康星州麦迪逊市的国际意识论坛（International Forum on Consciousness）上做了一个关于寻找外星智慧生物的主题演讲。会议组织者比尔·林顿（Bill Linton）带我参观了他的新天文台。在我的提议之下，该天文台以著名天文学家乔瑟琳·贝尔·伯奈尔（Jocelyn Bell Burnell）的名字命名。

在和比尔参观天文台的时候，我突然想到，138亿年前，早期的宇宙是由基本粒子和辐射组成的“热汤”，但那时却没有有意识的生物加以深思。

大爆炸后1500万年，宇宙各处都处于室温，红移约为110。我十年前写的一篇论文将此时期称为“早期宇宙的可居住时期”（habitable epoch of the early Universe）。不幸的是，这时距离第一批恒星和行星形成还早了数千万年，因此不可能在行星的岩石地层上诞生天文学家。

早期宇宙中的第一代行星的表面温度与冥王星相同，但冥王星是被太阳光加热的，而那时的行星无论距离恒星多远都能保持如此的温度，因为加热它们的是无处不在的宇宙微波背景。但冥王星一般寒冷的表面不可能存在我们所知的产生生命的化学反应，更不用说诞生一批天文学家来思考宇宙了。

我们知道的事实是，在过去的几百万年里，地球上的人类最终意识到了宇宙的存在。这不禁让我们想到另一个问题：天文学家是否也可能出现在遥远的宜居系外行星上?

如果一颗岩质行星表面有液态水，并能产生我们所知的有机物，那么它就被认为是宜居的。想要满足这样的条件，行星必须与恒星保持适当的距离，也就是处于宜居带，以获得足够的温暖，并保持其表面类似地球的温度。这颗行星的质量应该和地球差不多，有足够的引力来维持它的大气层，因为水只有在足够的大气压力下才能以液体的形式存在。在这样一颗宜居星球上，化学物质可以像乐高积木一样，随着时间的推移结合在一起，形成复杂的生物系统，最终可能获得意识，并对它们的宇宙邻居感到好奇。

有感知能力的外星观察者会注意到其他恒星和星系吗？通过像伯奈尔天文台（Burnell Observatory）这样的天文台，宇宙意识会出现在最常见的宜居系外行星上吗？

最常见的恒星是红矮星，也称为M型矮星，质量在太阳质量的8%-60%。一个例子是最近的恒星，比邻星，它的质量是太阳的12%。由于红矮星比太阳暗，所以它们周围的宜居带距离自身更近。对于比邻星来说，宜居带位于距其二十分之一的日地距离处，比邻星b恰好位于这里。

在红矮星周围的宜居带中，质量与地球相近的行星很可能被潮汐锁定，始终以同一侧面对恒星。引力潮汐的锁定对我们来说很熟悉——从地球上看，月球总是以同一面对着我们。对于最常见的宜居行星来说，这意味着它们有永久的昼面和夜面。

然而自然选择可能会导致永昼面的生物长有眼睛，生活在永夜面的外星生物则不需要眼睛，因为它们的周围环境永远是黑暗的。在永昼面上，任何观察者的眼睛都会被宿主恒星的光“淹没”，无法识别天空中的其他恒星或星系，就像我们在明亮的白天里，无法看到太阳之外的其他恒星一样。虽然在永夜面上能看见宇宙，但它的光芒对于那里的“盲人”来说太微弱了。总而言之，红矮星附近的宜居行星可能无法产生天文学家。

即使永昼面观测者旅行到永夜面并注意到遥远的恒星，它们也会发现，很难从他们的行星系统逃到星际目的地。由于它们出生的行星离恒星更近，这些外星生物所处的引力势阱比地球轨道深得多。正如我在五年前的一篇文章和后续论文中所指出的，化学燃料火箭无法逃离像比邻星这样的红矮星周围的宜居区域。

还有一些适宜居住的环境无法诞生天文学家。正如我在与我的前博士后马纳维·林加姆（Manasvi Lingam）的一篇论文中所论证的那样，最常见的生命形式可能出现在宿主恒星宜居带之外的天体的冰冻表面下。在太阳系中，土星的卫星土卫二或木星的卫星木卫二被怀疑在其冰冷的表面下含有液态水。冰有几十千米厚，所以冰下的液态水是不可见的，只有通过冰上的垂直裂缝喷出的水蒸气柱才能猜测有液态水存在。