宇宙中最早的行星是什么时候形成的,那里是否存在更古老的生命?
原标题:宇宙中最早的行星是什么时候形成的,那里是否存在更古老的生命?
地球诞生的时间是距今46亿年,这个时间基本和太阳、系内的其它行星形成时间是一致的,地球上的生命是在地球诞生之后,通过6-10亿年间的漫长演化过程逐步形成的。而我们知道,宇宙的年龄是138亿年,地球相较于宇宙的年龄,势必是一个“后起之秀”,而在宇宙空间中,肯定存在着比地球更为古老的行星,这些行星上是否存在着更为古老的生命呢?
生命形成必备的基本条件
这里我们以碳基生命为例来进行分析,虽然从理论上看像硅基生命、硫基生命、磷基生命也可能存在,但是其形成过程、所需条件、生物化学特性等方面实在是超出了现有的认知,在现有观测和研究成果方面,我们连地外的碳基生命形式都没有监测到,这些其它可能存在的生命形态,肯定不会处在重点的考虑范围。
那么,从推动碳基生命形成所必要的条件来看,既包括外在因素,也有内在因素,外在因素是为提供碳基生命形成提供必要的物质、能量和环境保障,而内在因素则是在外在因素的推动下,必然性和偶然性的完美结合使之形成了具有生物活性的生命体。
对于外在因素来说,也就是能够保证有机物质的合成、稳定存在的基础。
适宜的温度、液态水的存在是必不可少的,因此对于行星来说,能够支撑适宜温度和液态水存在,必须处于这个恒星系的宜居带,而且要有能够支撑液态水存在的物质载体,而气态行星不会满足这个条件,只能是处于宜居带的固态行星。
此外,还要拥有密度适宜的大气层,既可以为生命诞生最终创造有机物质合成的原料,也可以为后续氧气的形成和浓度调整创造条件,更能够在大气层的保护下锁住能够合成有机物的各种原料包括水汽,否则那些生命“元素”就将完全暴露在宇宙环境中,并且极有可能会飘散到宇宙空间中。而能够形成稳定大气层的条件,则最起码的要求就是这颗行星质量不能太小,否则引力的弱小将不能牢牢控制住大气层不被流失。
适宜的磁场环境也必不可少。如果行星的磁场环境非常弱小,将不足以抵挡来自恒星和宇宙空间中每时每刻到来的高能粒子冲击,而这些高能粒子对有机物的破坏力是相当强大的,届时即使形成了有机物质甚至氨基酸,但也会在高能粒子的冲击和破坏下,使这些有机大分子变性或者分解,根本不会产生更加复杂的有机大分子,更不会产生简单的生命形态。
相对稳定的星际环境。假如行星在演化过程,受到地外天体、小行星、彗星“光顾”和撞击的频次非常高,那么在巨大能量释放和冲击波的影响下,将会引起星体地质结构、气候条件等方面翻天覆地的变化,星球上的环境将会变得非常恶劣,也不利于有机物质的合成和生命形态的产生。那么,周围轨道内有大质量的其它行星、自己拥有卫星、有稳定的大气层等,都将起到保障安全的重要作用。
在具备上述基本条件之后,那些存在于行星上的众多元素,才能在漫长的历史时间内,在恒星辐射、高能粒子、大气层扰动、闪电等巨大能量持续、反复的综合作用下,由原子状态逐步聚合为有机物分子,继而聚合成氨基酸、糖类等大分子结构,为生命的诞生打下坚实的基础。
对于内部因素来说,这个是至今科学界都很难完美解释的领域,即如何从非生命形态的有机物质,演化为具备一定生物活性的有机体,地球自形成之后孕育了几亿年才激发出这个临界点,其中既存在着物质积累和环境条件带来的必然性,也势必存在着相当多的偶然性,主要表现在:
从简单的有机物质合成形成有机大分子结构。从有机大分子结构进一步聚合形成原始生命所需的细胞组成单元,如细胞质、细胞膜、核酸物质等等,这些是我们在现有技术条件下,无论通过什么样的实验或者先进的仪器都无法人工实现的。从上述细胞组成物质组装成单细胞结构。单细胞形成以后,激发出生物活性的行为。以上过程的机理,虽然现在我们还不得而知,但肯定是一个相当漫长、充满着无数试错的艰辛过程。
宇宙物质积累过程决定着星体的诞生历史
通过刚才的分析我们可以看出,生命形态的产生,必须依托于相应的物质和能量积累,其中能量是推动因素,物质是基础因素,而生命的组成是由以碳、氢为主要元素,另外还包含氧、氮、硫等其它必备元素,而这些元素并非是宇宙一形成就完全具有的,它需要一个物质的合成过程。
从138亿年前的宇宙大爆炸谈起,随着这场大爆发的发生,能量在真空中迅速发生衰变,继而产生巨量的质子、中子、电子等基本粒子,然后在长时间的酝酿之下,这些基本粒子逐渐结合形成原子核,然后再通过漫长的时间形成以氢为主的最初级中性原子,为后来宇宙各种天体的形成打下了坚实的物质基础。
从这个过程来看,宇宙大爆炸所带来的仅仅是质量非常轻的氢原子,另外还包括一些氦原子,这些是不能够组合而成固态行星的,因为固态行星包括以后所形成的生命体中的元素,除了氢以外,还有其它更重的多种元素。而接过宇宙大爆炸“接力棒”的就是恒星了。
宇宙大爆炸之后,在所形成的星际气体相互引力作用下,逐渐聚合成星云物质,这里充斥着大量的相对“浓密”的气体物质,随后又在引力逐渐聚合形成质量更加集中的核心区,一方面吸引着更多的气体物质加入,另一方面内核温度逐渐提升,当达到700万摄氏度以上,氢原子就会发生核聚变,向外释放大量的光和热,恒星就此产生。
在聚变过程中,氢元素不断被消耗,核心温度逐步下降,因核聚变产生的向外辐射压将不足以支撑外壳物质的重力作用,恒星就会发生一定坍缩,在此过程中,恒星外层没有参与核聚变的氢元素,从而补充进入内核中,核聚变强度持续提升,稳定了内核的温度和压力,恒星的体积向外发生一定膨胀,恒星内部的核聚变得以持续、稳定的运行。
当恒星原始状态吸聚的星际气体物质越多时,在恒星反复的坍缩、膨胀过程中,其内核的温度可以支撑氢核聚变的产物氦继续发生向碳的聚变,以此类推,依次可以产生氧、氖、镁、硅、磷、硫、铁等元素,不同的核反应最终元素,取决于恒星的质量大小。
大质量恒星在核聚变之后,会在急剧的坍缩作用下,外层物质会剧烈地轰击内部铁核,从而产生强大的反弹波和能量,从而将恒星组成物质大规模地释放出去,引发超新星爆发,随着这种高强度的爆发现象,恒星组成的铁元素及以下的物质,都将被抛洒出去。而在此过程中,由于极高的温度,能够推动这些物质合成比铁元素原子序数更高的新元素,继而形成了我们在元素周期表中看到的那些天然元素。这些元素成为后来行星特别是固态行星组成的物质来源,比如在地球上的那些重元素,都是通过恒星的演化而不断产生的。
最古老的行星能有多老?
从理论上推测,随着宇宙大爆炸之后产生的最古老的一批恒星,围绕它运行的行星年代就是最古老的级别。扣除宇宙大爆炸之后微观粒子的形成、中性原子的形成、星际气体的聚集、核心区的演化直至恒星的诞生这一系列过程所需要的数亿年的时间,那么最古老的恒星以及围绕它运动的行星,其诞生年代至少要距今132亿年左右。比如,我们发现的HD 140283恒星,就属于第一批的原始恒星,也是我们发现的最古老的恒星。
不过,在第一批原始恒星中,围绕它运动的行星,其所吸聚的物质也与恒星一样,都是质量很轻的氢和氦气体物质,因此只能形成气态行星,这些气态行星的年龄也将有130亿年以上,并且不具备生命诞生的条件。
理论上只有那些经历过一个完整恒星生命周期的宇宙空间内,才有固态行星形成所需的物质基础。而在我们的观测范围之内,拥有着数十亿个比太阳系形成时间更早的恒星系统,那里的系统在漫长的演化过程中,已经存在着比铁元素更重的其它物质,完全具备可以形成固态行星的条件,只是受限于我们观测条件的限制,很难完全、准确地发现和了解这些可能存在固态行星的基本状况,究竟有没有生命形态的产生,这个还需要进行深入的探测和研究。
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