伊森问答：宇宙最初生命的夜空中会看到什么

我们所目睹的宇宙，正是如今这般模样：在大爆炸之后138亿年。由于宇宙在过去如此迅速地膨胀、不断冷却，如今的宇宙已变得极为稀薄，平均而言，每立方米的正常物质中仅含有不到一个质子。

如今，暗物质与暗能量——而非普通物质——主导着我们宇宙的全部内容；而宇宙的膨胀速率也远低于早期阶段，大约为每秒70公里/百兆秒。

宇宙微波背景辐射，也就是大爆炸遗留下来的余晖，其温度仅为2.7开尔文。尽管星系以群组和集群的形式聚集在一起，但各个星系群和星系集群之间的距离却极其遥远：平均而言，这些距离高达数千万光年。

虽然我们肉眼所能看到的大部分天体，都是位于浩瀚而高度进化的银河系中的恒星与星云，但借助望远镜，我们却能遥望至深邃的太空之中。

那么，如果有人在人类出现之前很久就来到这里，他究竟会看到什么？这是萨扬·巴纳吉所思考的问题：他想弄清，在宇宙中最早出现的智慧生命，究竟会看到怎样的景象？

又会与我们今天所见的景象有何不同？

“在一种假设的情境下，如果在大爆炸后不久便存在智慧生命——或许是在一颗行星上，不过我理解，行星可能在最初的10亿到20亿年间并未形成——那么，他们对夜空的看法又将如何变化，并与我们今天所见的景象有何不同？”

要理解这一点，我们首先需要弄清楚，宇宙究竟是何时首次孕育出生命的；而在那之后，如果生命最终演化成智慧生命，当它向浩瀚的宇宙深处眺望时，又会看到些什么呢？

这幅概念图展示了流星体将生命过程中所必需的五种核苷酸输送至远古地球。如今，我们在陨石中发现了所有参与生命过程的核苷酸——A、C、G、T和U——同时还发现了80多种氨基酸：这一数量远远超过地球上已知用于生命过程的22种氨基酸。在宇宙历史的漫长岁月里，恒星系统中无疑也发生了类似的化学反应，将生命所需的原始原料带给了无数年轻的星球。致谢：NASA戈达德/CI实验室/丹·加拉格尔

要孕育出生命——或者说，要拥有我们所熟知并理解的生命——你必须具备若干关键要素。你需要一颗恒星作为能量来源：一颗在时间长河中足够稳定，且温度波动不会过大、也不会发生剧烈耀斑的恒星。

你还需一颗拥有坚实岩石表面的行星，同时在该表面拥有充足的液态水：而这需要一层既稀薄又厚实的大气层。此外，你还需要足够多的重元素，以便合成各种复杂的分子，这些分子能够相互结合，形成有机化合物，进而实现营养物质的代谢与繁殖——通常，这被视作生命存在的最低限度。

然而，宇宙并非一开始就具备这些条件。在炽热的大爆炸刚刚结束的瞬间，那里并没有恒星；那里也没有碳、氧、氮、磷，更没有其他那些构成岩石行星、液态水以及复杂分子所必需的重元素。

要让这些元素得以诞生，我们需要恒星诞生、繁衍，并在一场场灾难性的爆炸中走向消亡：将恒星内部所生成的重元素重新送回广袤的宇宙，让未来的恒星与恒星系统得以在此孕育而出。

这是一幅艺术家创作的图像，描绘了宇宙在首次孕育恒星时的模样。随着恒星逐渐闪耀并彼此融合，它们会释放出电磁波与引力波等辐射。

环绕在恒星周围的中性原子会被电离并被吹离，从而终止或抑制该区域的恒星形成与成长。这些恒星寿命短暂，但它们的死亡却能为宇宙注入丰富的重元素，促使后续世代的恒星与恒星系统得以孕育出更加进化、质量更小、最终甚至拥有行星的恒星系统。

致谢：NASA/ESA/ESO/W.弗洛德林等人（STECF）

然而，仅仅一代恒星的生老病死，恐怕仍显不足。在如今这个富含系外行星的宇宙中，我们至今只在那些拥有至少1%太阳重元素的恒星周围发现岩石行星，而且往往只有在这些恒星的重元素含量达到太阳重元素含量的10%至25%之间时，我们才有可能找到它们。

一代恒星的生老病死或许足以使星际介质的重元素含量提升至接近当前值的0.01%，但若要真正孕育出岩石世界，我们仍需经历许多代恒星的生老病死——逐步累积星际介质中重元素的比例。

然而，在年轻宇宙中最密集的环境中，这一过程可以发生得极为迅速。宇宙在仅有3000万至1亿年的历史时，最早的恒星便已诞生；而我们所见到的最早期星系，早在大爆炸后约2.8亿年，就已经高度演化、富饶丰盈。

到了大爆炸后约8亿至11亿年，那些重元素含量最为丰富的星系，其星际介质中已积累了足够的重元素，足以让岩石行星在新生恒星周围孕育而出。

只要条件适宜，生命几乎可以立刻在这类星球上萌芽。

这张按颜色编码的地图，展示了银河系中600多万颗恒星的重元素丰度。红色、橙色和黄色的恒星，其重元素丰度已足够高，足以孕育行星；绿色和青色的恒星则极少拥有行星，而蓝色或紫色的恒星，则几乎完全不拥有行星。

在大爆炸后仅10亿年，就有相当数量的恒星，其重元素丰度恰到好处，足以在其周围孕育出岩石行星。

致谢：ESA/Gaia/DPAC；CC BY-SA 3.0 IGO

因此，我们可以推算出：最早的生命形式，很可能在大爆炸炽热开始后的10亿年左右便已诞生——那时，宇宙的年龄仅为现今的7%。然而，若要智慧生命得以诞生，还需经过更长的时间：而这段时光，我们目前还无法准确估算。

因为我们目前仅有一例可供参考——即我们自己这颗星球的例子——来获取关于“在生命存在的情况下，智慧生命究竟需要多久才能诞生”的相关线索。

在我们的地球上，这一过程大约耗时38亿至45亿年；而在宇宙的其他角落，生命或许本可以更快地孕育而出。

即便宇宙中连第一例生命——更不用说智慧生命——都尚未出现，我们所能做的，只是对这一过程大概需要多长时间进行推测。倘若进化在其他星球上以更快、更高效的方式推进，或许在短短10亿至20亿年内，生命就能从最简单的形态，一路演化成我们今日所熟悉的、复杂多样的、智慧且甚至懂得使用工具的宏观生命。

在生命的这场宏大宇宙彩票中，我们无从知晓：

• 其他奖品究竟是什么，
• 每项奖品的中奖概率是多少，
• 人类是否真的能赢得这场大奖。

尽管如此，即便我们对生命一无所知，仍可基于这样的假设：生命最早诞生于大爆炸后10亿年，而智慧生命最早诞生于大爆炸后20亿年。

由此出发，我们便可开始思考一个核心问题：那些早期的生命形式，会在自己的夜空中看到怎样的景象？

在理想的黑暗天空条件下，人眼一次最多可看见6000颗恒星；若能一目尽观整个夜空，不受地球本身的遮挡，总共有多达9000颗恒星可见。

在更久远的过去，当恒星形成的速度远高于现在，星系之间的距离也更为紧密时，夜空或许与我们眼前所见的景象颇为相似：那里有更多恒星，还有几处引人注目的螺旋星系、椭圆星系以及不规则星系，在无月的夜晚点亮了整个夜空。

致谢：卡利斯托 / Adobe Stock

作为围绕发光恒星运行的岩石行星，它们很可能拥有一个……夜侧。