生命如何在围绕黑洞和其他替代太阳运行的行星上繁衍生息

在《星球大战》的宇宙中，两颗太阳炙烤着沙漠星球塔图因。超人在离开照亮氪星的红矮星的深红色射线后获得了超能力。科幻小说经常问生命如何适应不同的天空，但这些典型的恒星并不是让行星保持温暖的唯一方法。

大多数严肃的天体生物学家都理所当然地花时间思考在围绕产生大部分银河系光芒的所谓“主序列”恒星运行的行星上可能进化出什么样的生命形式。然而，美国宇航局戈达德太空飞行中心研究员杰里米·施尼特曼是一名天体物理学家，他花了很多不太严肃的时间思考生命在宇宙中一些更奇特的地方会如何生存。我们所知道的生物学很复杂，但基本上可以归结为需要两个简单的先决条件：维持液态水的能量来源和稳定的环境。

“如果你身处一个不断遭受地震和火山破坏的星球，”施尼特曼说，“即使它有美丽的海滩，也不会是一件好事。”

尽管它们可能不像地球那样拥有宜人的热带环境，但以下四种外星系统——只要运用一点有趣的天体物理学思维——就可能勉强达到适宜居住的水平。

中子星

宇宙中外星微生物最不愿意定居的地方之一可能是一颗围绕中子星运行的行星。中子星是一颗死亡恒星，其重量不足以完全将时空坍缩成黑洞，但已经非常接近了。天文学家将它们视为脉冲星，即发出大量辐射的灯塔般的信标。

“它们只是以极快的速度发出电场和磁场，”施尼特曼说。“这是相当可怕的东西。”

中子星上肯定有行星（研究人员实际上在 1992 年发现了第一颗已知的系外行星，它围绕着一颗脉动中子星运行），但它们会用不断涌出的致命高速粒子消灭我们所知的大多数生命。高能粒子和辐射是宇宙的终极双刃剑：既能提供关键的能量，又能迅速毁灭。即使在地球上，当植物和其他光合作用生物消耗美味的阳光时，大多数卡路里都会进入食物网，但我们仍然会竭尽全力躲避紫外线（以免被晒伤）。

中子星周围的环境倾向于辐射光谱的死亡和毁灭一侧，但研究人员计算得出，一颗终极宜居行星的保护屏障可能为最顽强的生物提供生存空间。具体来说，如果一颗“超级地球”拥有厚如豌豆汤的大气层来抵御辐射的腐蚀作用并保护其表面免受太空的破坏，以及强大的磁场来抵御带电粒子的冲击，那么它上面生命的数量可能是我们星球的十倍，而它上面的生命则可以生存下去。

生活在边缘

施尼特曼表示，某些类型的黑洞可能更适合居住。受电影《星际穿越》的启发，他最近计算了黑洞宜居带的数据，并在预印本服务器 arXiv 上发表了一篇尚未审查的论文，作为结果。他的思想实验从位于大多数星系中心的超大质量黑洞开始，因为较小的黑洞会更剧烈地弯曲空间，以至于会撕碎附近比篮球还大的物体。

施尼特曼计算出，黑洞本身不会发光，但它们扭曲时间的特性可以提供一种替代能源。时钟在黑洞边缘走得更慢（从远处看），上下振荡的光波可以被认为是微小的滴答作响的时钟。相反，从黑洞附近观察到的遥远时钟的指针只是不停地旋转，同样，任何波都会集中起来，并被激发到更高的能量。“所有这些时钟周期或咔嗒声都会堆积起来，然后一下子把你炸飞，”施尼特曼说。

因此，黑洞对时间的扭曲可能会使背景波和粒子在宇宙中飞速移动，温度足以加热行星。特别是，施尼特曼计算出，对于挤在黑洞边缘的行星（比如说，距离黑洞半径的 1%），黑洞会为进入的轻中微子粒子提供能量，这些粒子可以让行星的核心保持足够的温度，让微生物在地下深处繁衍生息。

然而，来自其他地方的定居者需要先进的技术才能在地表上生存，因为同样的机制会增强所有入射辐射。在那个距离，行星将以接近光速的速度绕黑洞旋转，将整个天空的星光直接弯曲到观察者身上。“[光束]看起来就像子弹直击你的脸，”他说。“整个天空看起来一片漆黑，你面前的一个小点会明亮得令人眼花缭乱。”

在这样的世界里，移民需要躲在整个星球的铝制屏蔽下，以避免被星光和大爆炸的微波余辉炸毁。

保持健康距离

然而，如果远离黑洞几百个半径的长度，生活就会变得容易得多。在如此远的距离，行星可以沐浴在落入怪物嘴巴的气体和尘埃点燃的光芒中。除了悬挂在天空中太阳应该在的位置的黑洞外，地表条件可能与地球没有太大不同。而且在那个距离，时间会以与宇宙其他地方几乎相同的速度流逝，因此星光的致命性会大大降低。

此外，由于超大质量黑洞只在星系中心形成，那里的行星可能提供绝佳的观星环境。施尼特曼说，附近的恒星会在白天出现，而到了晚上，恒星景观会像地球上的满月一样明亮。“夜晚会令人眼花缭乱，”他说。

白矮星

然而，生命仍然最好停留在那些尚未完全坍缩的恒星上，比如白矮星——红巨星的残留物，体积与地球相当，尽管为恒星提供能量的聚变已经停止，但其残留的热量使它们发出白热的光芒。

尽管它们确实会发出相当数量的有害紫外线，但施尼特曼表示，它们“没有中子星那么可怕”，而且比黑洞更可靠，黑洞可以吞噬大量气体，并在几乎不引人注意的情况下转变为灼热行星的类星体。

从能量角度来看，任何宜居行星都必须与其白矮星伴星非常接近，轨道距离约为水星与太阳距离的十分之一。但研究人员估计，即使在如此近的距离下，外星 DNA 所需要处理的紫外线也仅比地球 DNA 多 40%。

最困难的部分是如何在主星的红巨星阶段生存下来，此时主星向外扫过并吞噬其路径上的所有行星，然后收缩为白矮星。这种情况实际上可能与人类的未来最为相关，因为太阳将在数十亿年后经历同样的转变，在此过程中将地球烧成焦炭。施尼特曼推测，凭借无限的技术，未来的地球居民可以尝试将行星移过木星，等待太阳的炽热膨胀结束。但如果这招失败了，我们可以稍感安慰，因为我们知道，在太阳收缩为白矮星后，陨石可能会将水和其他成分输送到剩下的一切中。整个生物循环可能会重新开始。