我们知道生命的形成必须有一些复杂的化学过程,首先要将原子结合成大的有机分子长链,例如各种氨基酸,这些氨基酸再组成蛋白质,然后在经过一些未知的过程中就有了生命。
在地球上现在我们不仅能够找到元素周期表中的所有元素,而且还能找到各种生命诞生必须的化学分子,那么这些化学分子是地球上独有的吗?
其实并不是的,在茫茫的宇宙中不仅有我们已知的所有原子,而且在
受辐射的气体云中
我们也发现了非常多的有机分子或者是无机分子。
这些都是组成生命的积木,因此我们认为,如果生命诞生的过程就是完全遵循着物理、化学过程,那么外星生命肯定在宇宙中非常普遍。
那么宇宙中是如何诞生有机分子的?
首先我们要说下宇宙中的元素(物质)是怎么来的?
宇宙中物质的形成其实就是宇宙诞生、演化的过程,在人们对宇宙诞生方式的理解中,我们首先就提出了宇宙基础元素通过大爆炸核合成的方式。
我们知道在宇宙诞生之初,空间中本是空无一物只有真空能量。是真空能量导致了宇宙的指数膨胀,这个阶段称为宇宙暴涨阶段,从10^-48秒持续到了10^-36秒。
虽然时间很短,但是暴涨阶段结束以后以后的直径已经跟银河系相当了。在暴涨阶段结束以后,真空能量就产生了物质粒子和反物质粒子,以及辐射粒子(光子)。这个过程称为宇宙的在加热阶段。
但是宇宙产生的物质粒子要比反物物质粒子的数量多,因此它们在湮灭之后,宇宙就剩下了物质粒子和光子。
随着宇宙的膨胀冷却,当空间中的光子不足以将两个物质粒子(质子和中子)电离的时候,宇宙就开始大爆炸后的核融合,类似于恒星中的核聚变。
但是宇宙膨胀的非常快,导致了温度、密度下降的非常迅速,这样就导致了大爆炸的核合成只融合出了很少的元素种类。
这时宇宙其实只过了4分钟而已,核合成就停止了,最后给整个宇宙留下了(按原子数量)92%的氢,以及8%的氦,还有微不足道的锂元素。
这些元素就是大爆炸给宇宙带来的物质成分。但是我们今天的宇宙不止这些元素,那么其他元素是怎么来的?
接下来就是恒星内部的核聚变了。
根据估计宇宙中的第一颗恒星出现在宇宙诞生后的1.5亿年以后,当时富含氢和氦的气体云足够冷却,足以在引力的作用下坍缩,形成密度更大的结构;
而物质的坍缩带来的高温和高密度就再次点燃了核聚变,于是就诞生了恒星。我们知道只质量足够大的恒星内部(质量至少10倍以上),可以将氢一路聚变为铁,这类恒星会在Ⅱ型超新星的爆发中死亡。
将一生形成的重元素抛洒到宇宙中,丰富宇宙的元素成分,而比铁重的元素会在超新星爆发时的快中子捕获过程中,一路从铁往上叠加。诞生像铀和钚这样的重元素。
所以说宇宙空间内经过恒星的诞生和死亡以后,就会变得充满元素周期表中的各种元素。
那么有机分子呢?
经历了恒星时代,宇宙中的一些气体云中就充满了很多种类的元素,这些元素其实并非在宇宙空间中会独立的存在。
气体云往往会受到恒星紫外线的辐射,其中的原子在获得能量以后就会发生化学反应,生成很多复杂的分子。
通过光谱学中分子的吸收线特征我们已经在星际气体云中发现了这些分子。下图只是一小部分。
现在已经有一个专门的学科在研究宇宙中的分子,称为天体化学。
除了在气体云中发现了化学分子,而且我们在陨石中也发现了大量的组成生命必须的化学成分,并且这些化学成分与生命息息相关。
1969年这块陨石坠落在了澳大利亚,科学家在其中检测到的有机分子多达14000个。其中所包含的100多种氨基酸,生命必须的成分在它里面都能找到。
现在知道为啥科学总是认为外星生命太普遍了。外太空要啥有啥,而且适宜生命生存的系外行星也非常多,要是生命真不是上帝的原因,那么外星人肯定是存在的。
以前我们认为气体云中有机分子的形成,必须受到恒星紫外线的照射,或者是说必须要有能量。
但是最近的研究发现,外太空中的有机分子,尤其是对生命来说重要的氨基酸,如甘氨酸,不仅能够在受辐射的星际气体云中形成,而且还能够在暗云中形成。
这里所说的暗云就是没有紫外线照射,没有任何能量的情况下,在这样极端的环境下,宇宙中的气体云也可以自发地发生化学发现,形成生命所必须基石。
这个发现就说明了一个非常重要的问题。在太阳以及地球等一些行星形成之前,组成太阳系的黑暗气体云中其实已经有了大量的有机分子;
这些有机分子形成了行星、和小行星等一些天体。
也就是说早在星际气体云和尘埃转化为恒星和行星之前,它们就已经构成了生命形式的基石。
科学家在彗星67P的彗发中发现了甘氨酸的存在,彗星是太阳系形成时期保存到现在最为原始的物质,这说明在太阳系形成的时候已经有了氨基酸。
而且科学家还是实验室中模拟了外太空寒冷、黑暗的原始气体云,它们可以在这样的极端环境下发生化学反应,形成氨基酸。
由此得出的重要结论是,被认为构成生命的分子早在恒星和行星开始形成之前就已经形成了。
最终,这些丰富的有机分子被包含在天体中,比如彗星,并被传送到年轻的行星上,就像我们的地球和许多其他行星一样。
这个发现可以说明,构成地球生命的物质并非是在地球上形成的,而是从一开始宇宙中就有,而且地球表面的这些有机物,无机物,当然包括水在内,大部分是彗星带来的。
这说明地球上的生命其实就是起源于外太空,也可以说明,只要条件星球的条件何时,外太空有很多可以可以诞生生命的物质,都在准备形成成生命。
这个发现也更加验证了生命起源的生源说,认为生命来自于太空播种,意思是彗星不仅为地球带来了组成生命的物质,甚至就是彗星为地球带来的微生物,如原始细胞、甚至是受精卵。