[비즈한국] 天文学家德雷克（Drake）曾提出“德雷克方程”，旨在估算银河系中存在外星文明的可能性。这个公式乍看之下很复杂，但其实核心概念非常简单。它通过逐一梳理生命在行星上诞生，并演化为高等科技文明所需的各个变量，来推导答案。
德雷克方程的第一个变量是银河系每年诞生多少颗恒星。因为要让行星上存在生命，首先得有恒星作为行星绕行的中心，所以理所当然地要从统计银河系中有多少恒星开始。但事实真的如此吗？
通常一想到行星，我们就会联想到绕着恒星转的样子，就像绕着太阳公转的地球一样。然而，并非所有行星都绕着恒星运行。令人惊讶的是，宇宙中存在着一种没有任何恒星作为中心、独自漂泊的“流浪行星（rogue planet）”。
流浪行星的形成方式主要有两种。一种是微小的气体云在收缩过程中，因原料不足而无法成为自身发光的恒星，最终演化成了质量约为木星数倍的巨大流浪气态行星。另一种则是原本绕着恒星公转的行星，因中心恒星爆发或受到周围其他恒星的引力摄动，被踢出了原有轨道，从此在宇宙空间中流浪。
人们容易认为，大多数行星都被恒星捕获并在其周围公转，流浪行星的数量应该少得多。但事实恰恰相反。虽然绕恒星公转的行星看起来更“普通”，但从数量上来看，流浪行星才是更常见的“普通”行星，而像地球那样有恒星围绕的行星反而更为罕见且“独特”。
由于流浪行星中心没有能提供充足光和热的炽热恒星，人们自然认为那里很难产生生命。然而，不少天文学家认为，即使在没有恒星的流浪行星上，生命也可能存在。如果这是真的，那么比起像地球这样依赖恒星光合作用生存的生命，那些在黑暗中度过一生、无需恒星能量的生命在宇宙中反而可能更普遍。
难道地球的生态系统在整个宇宙中并非普遍现象，反而是一种异类的生态系统吗？天文学家究竟是如何期待在没有中心恒星的流浪行星上发现生命？而我们又该如何发现这些深藏在黑暗中的流浪行星呢？
宇宙中确实存在着独自漂泊、没有中心恒星的流浪行星。在这样的行星上，真的能期待生命的存在吗？
银河系其实是流浪者的世界
到目前为止，天文学家发现的大多数系外行星都绕着某颗恒星公转。例如，开普勒太空望远镜（Kepler）通过观测系外行星在绕行过程中规律性地遮挡恒星，导致恒星亮度轻微变暗的“凌日现象”来发现行星。绕着恒星转的行星，其存在可以通过恒星亮度的微小变化或位置抖动来确认。但如果没有中心恒星的流浪行星呢？因为根本没有恒星可以让它遮挡以产生亮度变化。
虽然极其罕见，但当流浪行星正好经过远方银河系背景恒星的前方时，通过一种有趣的现象，我们也能确认其存在。尽管流浪行星比其他恒星轻得多，但它依然会以自身的引力扭曲周围的时空。当这样微小扭曲时空的流浪行星刚好经过背景恒星前方时，背景恒星的光线会沿着被扭曲的时空路径发生偏折。被流浪行星扭曲的时空就像放大镜一样，将远方背景恒星的光汇聚并放大。正是通过这种“引力微透镜（Gravitational Microlensing）效应”，流浪行星才会极罕见地向我们展示其存在。
当流浪行星偶然经过背景恒星前方时，其周围微小的时空扭曲会使背景恒星的亮度短暂放大，产生引力微透镜现象。图片=Jan Skowron/华沙大学天文台
如果银河系中某颗遥远恒星的亮度突然增加又恢复正常，就可以认为这是流浪行星经过该恒星前方时产生了引力微透镜效应。如果说开普勒望远镜是通过凌日现象寻找系外行星，那么科学家就是通过背景恒星亮度被放大的微透镜效应来推断流浪行星的存在。
不过，流浪行星恰好经过背景恒星前方的概率极低，这完全是一场靠运气的观测。此外，绕恒星公转的行星会有规律地重复凌日，但流浪行星偶然经过某颗遥远背景恒星的过程是不可重复的，因此捕捉那一瞬间极其困难。地球大小的流浪行星所引发的微透镜效应，其亮度放大过程往往在几小时内就会结束。
为了更频繁地捕捉到流浪行星经过背景恒星的现象，观测恒星密集的银河系中心区域更为有利。事实上，天文学家近期发现的流浪行星大多是在银河系中心方向观测到的。那么，银河系中到底存在多少流浪行星呢？
天文学家正利用位于智利的1.3米望远镜，开展“光学引力透镜实验（OGLE）”项目，专门观测银河系中心方向由流浪行星引起的微透镜现象。通过OGLE项目，天文学家在过去十年里观测了超过5000万颗恒星，捕捉到了2600多次微透镜现象。考虑到流浪行星偶然经过背景恒星是非常罕见的巧合，这个数量已经相当惊人。
天文学家根据这些微透镜现象的数量推算了银河系中流浪行星的密度。结果显示，银河系中像木星大小的巨型流浪行星数量，大约是普通恒星总数的四分之一。而更小的、地球大小的流浪行星数量预计会更多。甚至有天文学家推测，银河系中流浪行星的总数可能超过恒星总数的两倍。如果单看数量，银河系的主角可能既不是明亮的恒星，也不是绕着恒星转的类地行星。或许，这些不绕恒星公转、孤独漂泊的“宇宙游牧民”——流浪行星，才是银河系的真正主角。
没有星光，生命能存在吗
那么，在这样的流浪行星上会有生命吗？甚至可以期待高度发达的外星智慧文明吗？坦白说，仅凭地球的经验来看，在完全没有星光、冰冷封冻在黑暗中的流浪行星上，似乎不可能期待生命活动。但如果这颗流浪气态行星身边有卫星环绕，那么在卫星上或许可以期待生命的存在。我们可以在太阳系木星和土星周围的冰卫星上找到这种可能性。
天文学家在木星和土星的冰卫星——欧罗巴（木卫二）和恩克拉多斯（土卫二）上发现了惊人的迹象。虽然木星和土星距离太阳非常遥远，导致这些卫星表面冰冷，生命难以存活。但冰层内部却有所不同。由于中心巨型行星强大的引力、潮汐力和强磁场作用，冰层内部能够保持液态，不会完全冻结。事实上，天文学家已经观测到冰卫星表面裂缝中喷射出的水柱。后来，伽利略号探测器在绕行欧罗巴时测量了其重力分布，确认了冰层下方蕴藏着比地球所有海洋加起来还要多的水分。
此外，2015年10月，绕行土星的卡西尼号探测器调整轨道，飞向了冰卫星恩克拉多斯。它直接穿过恩克拉多斯冰裂缝中喷出的“宇宙喷泉”，探测水滴中所含的化学物质。如果运气好，说不定还能在喷出的水流中捕获外星磷虾或浮游生物！
遗憾的是，虽然没能在水流中发现活着的恩克拉多斯生物，但却发现了同样惊人的成果。通过这场历史性的“恩克拉多斯洗礼”，卡西尼号竟检测到了氢分子。卡西尼号发现的氢分子表明，在恩克拉多斯深海的高温环境下，水和岩石正在发生化学作用。
氢分子是地球深海热液喷口周围生存的微生物的重要营养来源。科学家推测，地球最初的生命或许就是在这种环境中诞生的。恩克拉多斯地下海洋中氢分子的检出，意味着其海底存在着类似地球深海热液喷口的地热、矿物质和营养供应环境。这种环境下存在外星微生物一点也不奇怪！天文学家期待，在流浪行星周围的冰卫星上，也完全可能存在这样的环境。
没有星光的生存形态会是怎样？
如果在流浪行星周围冰卫星的地下海洋中，已经形成了类似地球深海热液喷口的生存环境，并孕育出了原始外星生态系统，那么星光就不再是生命的必然要素了。事实上，考虑到地球深海几乎没有阳光照射的地方依然存在其他生态系统，我们完全有理由相信，在没有中心恒星的流浪行星及其卫星上，也会存在风格迥异的外星生态系统。德雷克方程最初试图通过统计银河系恒星数量来推算外星生命，这种观点或许是一个错误的切入点，因为它忽视了数量更为庞大的流浪行星。
那么，在那里不仅可以产生原始水下微生物，还可能演化出高度发达的智慧文明吗？坦率地说，作为在地球生活并学习长大的我，很难想象在这种环境下能发展出高度发达的智慧科技文明。欧罗巴或恩克拉多斯地下海洋最大的劣势在于无法“生火”。纵观人类文明史，火是推动文明进步的关键因素。有了火，才能加热食物、驱散黑暗、防卫野兽、冶炼金属、燃烧燃料，进而跃升为科技文明。如果在厚重冰层下密封的地下海洋中进化，是否会面临无法使用火的困境？
从这一点出发，可以进行一种有趣的想象。如前所述，如果像欧罗巴或恩克拉多斯这种冰卫星的海底深处，在特定的区域有因地下岩浆和地热带来的充足热量及营养的深海热液喷口，那么在该区域或许可以有限度地支撑高度发达的生命，甚至催生文明。深海热液喷口是深海中唯一能够保持热量、使“火种”持续燃烧的地方。在那种环境下，不仅利于生命的诞生，或许也是维持高温、燃烧燃料、冶炼金属从而制造各种工具的最有利场所。
人类文明起源于大江大河。但在欧罗巴或恩克拉多斯这样的冰卫星地下海洋世界里，文明的起点或许不是“河边”，而是“火边”，即以深海热液喷口为中心。对于他们来说，文明将随着板块交界处、火山爆发频繁、岩浆喷涌的海底震带或深海火山而繁荣。如果地球文明起源于大河，那么流浪行星周围的冰卫星文明或许起源于巨大的深海火山。那样的话，他们或许会以著名的火山、震带的名字来命名所谓的“世界四大文明”吧？
如果存在一生都生活在冰层下地下海洋中的生物和文明，不幸的是，他们将因厚厚的冰层遮挡而永远无法观测到宇宙。那可能是一个根本不存在“天文学”概念的世界，因为他们连冰层之外有广阔美丽的宇宙都无法想象。但正因为终生生活在水中，或许他们能发展出高度发达的“流体力学”类科学。
宇宙