外星生命存在的形式（水是生物存在的必要条件吗）

外星生命存在的形式（水是生物存在的必要条件吗）实际上科学家对地外生命的探索并没有局限于地球上生物的生存条件，所谓宜居带划得非常之宽，也早就考虑了戴森提出的巨型构造之类文明迹象，现有观测数据里也确实有许多异常天体。过去几十年间，搜寻地外生命的实践并没有建立在“其它星球上的生命需要水或氧气”的基础上。结论是，水和氧气根本就不能作为标准。这意味着测得“行星上存在液态水和氧气”不能单独作为“光合生物存在”的证据，需要大口径望远镜去确认行星的其它特征。“氧气和较多的甲烷共存”仍是一种有效的生物特征，这在上述氧气假阳性情况下不会发生。Krissansen‐Totton J. Fortney J. J. Nimmo F. & Wogan N. (2021). Oxygen false positives on habitable zone planets around sun‐like stars. AGU Advances 2

声称“外星有水是生物存在的必要条件”纯属搞错了。这没必要提到“不需要水的未知生物”，让地球生物在一个行星、矮行星、卫星或小行星上生存，根本就不需要该天体的表面有水。我们并没有能力识别遥远天体地下的水。以氢和氧在宇宙中的存量与比例，你很难期待规模不太小的岩石天体的地下“完全没有水”。

• 关于宇宙生物学的新闻报道有时会说地球型碳基生物的宜居带标准是液态水，但最近几十年里对太阳系天体的研究早已证明，无论天体的表面温度有多低，天体内部的衰变热、潮汐加热等都有可能让冰壳或地层下面的水保持液态。

• 就是说，“天体表面有没有液态水”这件事对“这天体上有没有地球型碳基生命”的判定都是毫无意义的。火星的红土下面、木卫二的巨大冰壳下面乃至冥王星地下都可能有生命。

即使在大气和地表测不出生物的痕迹，也不能代表该天体内部没有生物，因为地球地下就存在规模巨大的生物圈。需要水和氧气的生物，完全有可能生活在外表看起来没有水和氧气的地方。

2021年，更有一项研究发现，有些位于类似太阳的恒星的宜居带内的岩石行星可能呈现氧气假阳性：

如果行星的初始二氧化碳-水比值超过1、引起持续的失控温室效应，或者行星的初始水含量超过地球50倍、让整个行星被深水或厚冰覆盖，或者行星的初始水含量在地球的30%以下导致缺乏与硅酸盐的互动，恒星辐射分解水蒸气产生的氧气会留在大气中而不能被岩石风化等清除，此时没有光合生物也能测到氧气和水。

这意味着测得“行星上存在液态水和氧气”不能单独作为“光合生物存在”的证据，需要大口径望远镜去确认行星的其它特征。

“氧气和较多的甲烷共存”仍是一种有效的生物特征，这在上述氧气假阳性情况下不会发生。

Krissansen‐Totton J. Fortney J. J. Nimmo F. & Wogan N. (2021). Oxygen false positives on habitable zone planets around sun‐like stars. AGU Advances 2 e2020AV000294. https://doi.org/10.1029/2020AV000294

结论是，水和氧气根本就不能作为标准。

实际上科学家对地外生命的探索并没有局限于地球上生物的生存条件，所谓宜居带划得非常之宽，也早就考虑了戴森提出的巨型构造之类文明迹象，现有观测数据里也确实有许多异常天体。过去几十年间，搜寻地外生命的实践并没有建立在“其它星球上的生命需要水或氧气”的基础上。

以我们现有的观测能力，很难发现远离恒星的、规模接近地球的岩石行星，也看不到和我们水平相近的文明的活动痕迹，100光年内的太阳系外行星的大气里的卤代烷之类污染物都得等詹姆斯·韦伯空间望远镜发射才能识别。就连地表被任意特定颜色的生物（例如绿色植物）覆盖导致的反射光谱，在目前的水平下都很难有效观测。

• 现在能隔着遥远的距离发现的东西的规模之大、能量之高，谈是不是生命活动是没有可证伪性的。就算观测到疑似曲速飞行、规模大如星辰的物体（例如视速度超越真空光速的遥远类星体），也得先当成自然现象。
• 如果观测到恒星级强度的红外线源，我们也很乐意猜测那是不是高级文明的超构造体，但那也谈不上可证伪性。比如吸引了一波热度的塔比星的所谓疑似戴森球，就拿尘埃云和大量彗星先搪塞过去了。塔比星不是什么独一无二的目标，科学家已经发现了21个光度像这样异常波动的恒星，15个情况与塔比星相似，6个较塔比星更频繁地变暗。

在这个高不成低不就的历史阶段，能够从少得可怜的信息里读到生命迹象的就是大气成分的吸收光谱：

• 对于非红矮星的恒星附近的行星，排除假阳性干扰后如果大气含有大量的氧，说明有持续制造氧的非光照机制，很可能是碳基光合生物。
• 对于岩石行星，如果大气含有大量的磷化氢，说明有持续制造磷化氢的非高温高压机制，很可能是无氧呼吸的碳基生物。
• 大肠杆菌等细菌的代谢会产生氨、二甲基硫化物、氧化亚氮、甲烷等气体。在大气层以氢气为主的行星的吸收光谱中如果检测到若干此类气体，可能表明那里有碳基生命。

这就是2020年“在金星大气中发现异常浓度的磷化氢”的消息引起关注的原因。

金星大气几乎没有氧气，水蒸气的含量也相当低。你可以看看几个月前围绕金星的争论：无论是支持尽快发射航天器探索金星大气的学者还是认为磷化氢可能有其它非生物成因的学者，都不觉得水和氧气对金星大气微生物的存在构成障碍。后来，一些研究人员认为磷化氢的数据是误报，目前热度已经降低了。

另一方面，人们早已畅想过“不需要水的生命形式的化学基础”，如果你不想局限于地球型碳基生物，球状孤立等离子体、晶体、灰尘等都能表现出生命的一部分特征。即使按照我们给地球生命总结出的特征，我们也能发现很多超乎寻常的东西符合生命的定义。

不过，也不是什么东西都适合在我们这个宇宙里当生物的基础介质与常用溶剂的。

阿西莫夫曾经在《并非我们所知的:论生命的化学形式》(Not As We Know It-The Chemistry of Life)中从生化上描述过6种生命形态：

一、以氟化硅酮为介质的氟化硅酮生物；
二、以硫为介质的氟化硫生物；
三、以水为介质的核酸/蛋白质生物；
四、以氨为介质的核酸/蛋白质生物；
五、以甲烷为介质的类脂化合物生物；
六、以氢为介质的类脂化合物生物。

这些物质是液体的温度范围是很不相同的，对应着许多不同的自然环境和那种条件下化合物的活性、化学反应的激烈程度。不过，基于这个宇宙中的原子的丰富程度，通过纯粹的化学现象最有可能产生的生命形式主要是我们这种。

• 乙醇和油可以作为介质和溶剂，但自然形成大量乙醇或油有相当的难度，很难找到那样的自然环境。
• 天然气和沼气的主要成分就是甲烷，它可以在宇宙中自然地大量形成。

在这之外，科幻作家早已设想过靠核能生存的金属生物、生活在气体行星里的雾状生物、生活在恒星上的能量生物、生活在空间里的纯精神体、生活在多维空间里的不可名状的生物，等等。基于攀比设定的需要，一些幻想生物早已使用了比多重宇宙还高几个层次的高阶无穷。目前在科学上没有什么有效的手段去搜索这类东西。