附近系外行星中可能有外星生命_但多数或仍停留在微生物階段
觀點源自近期(2026年9月底)一項由天文與天體生物學研究團隊發表的新科學研究。
核心理論: 研究團隊透過計算地球歷史上的“碳固定量”(以光合作用能量累積為基準),評估系外行星是否有足夠的光合作用能量來支撐複雜生命的演化。
研究觀點: 雖然許多系外行星具備液态水或處於適居帶,但由於多數恆星(如常見的M矮星/紅矮星)缺乏足夠的高能光合作用光譜,導致行星上的能量累積速度極慢。
學者比喻: 參與研究的學者(如道蒂/Doughty等人)指出,即使這些星球存在生命,其生態環境可能更類似科幻作品《沙丘》(Dune)那樣資源受限的荒涼世界,而不是生機勃勃的《阿凡達》(Avatar)式雨林繁盛景象
這篇由北亞利桑那大學生態信息學教授克里斯·道蒂(Chris Doughty)等人於 2026 年 9 月發表在《國際天体生物學雜誌》(International Journal of Astrobiology)的研究,提出了一個相當引人注目的全新天體生物學模型。以下為您以繁體中文詳細解說該論文的核心概念、方法與科學意涵:
1. 論文核心假設:「碳固定量」作為生物演化的時鐘過去科學家在尋找系外生命時,多半依賴「行星是否位於適居帶(Habitable Zone)」、「是否有液態水」或「是否有氧氣/甲烷等生物標記」。但這篇論文進一步提出了更嚴格的追問:即便生命誕生了,它有足夠的能量與時間演化成複雜生命(如動植物)甚至智慧文明嗎?研究團隊提出一個大膽的假說:生物演化的階段,與該星球上「累積的光合作用碳固定總量(Cumulative Carbon Fixed)」呈線性正相關。光合作用將光能轉化為化學能,植物生長得越旺盛、產出越多(即淨初級生產力,NPP),就能為生態系統中的更高階消費者提供豐沛的能量與演化空間。 換句話說,行星累積的碳固定量越高,生命跨越重大演化門檻(如從單細胞走向多細胞、從植物走向動物與智慧生命)的可能性就越大。
2. 以地球歷史作為量化標準為了建立評估標準,研究團隊回顧了地球的演化史,將其劃分為三個主要階段,並計算各階段累積固定的碳量:第一階段(微生物時代): 在高效維管植物出現前的漫長 32 億年間,地球主要由單細胞微生物主導,此階段累積固定了約 $2.4 \times 10^{25}$ 克碳。第二階段(多細胞與陸生植物時代): 從維管植物出現到人類演化之前,陸地生態系爆發,再固定了約 $7 \times 10^{25}$ 克碳。總計地球歷史上累積固定的有機碳大約為 $9.4 \times 10^{25}$ 克。研究據此推論:要孕育出高等智慧文明,星球必須累積足夠龐大的總能量與碳產出。
3. 以熱門系外行星 TRAPPIST-1e 為例研究團隊將此模型套用到備受矚目的系外行星 TRAPPIST-1e(位於大約 40 光年外、環繞紅矮星運行的適居帶行星)。結果發現,該星球要達到地球同等的碳固定量,面臨嚴峻的物理限制: 紅矮星光譜限制: 紅矮星主要發射紅外線,缺乏地球植物進行光合作用所需的精確可見光波段,光合作用效率偏低。 潮汐鎖定(Tidally Locked): 該行星常年以單面朝向恆星,另一面背向恆星,這意味著實際上只有大約一半的表面積能夠接受光照進行光合作用。模擬計算顯示,TRAPPIST-1e 需要大約 180 億年的時間才能累積到地球同等級的碳固定量;然而,該恆星系統的實際估計年齡僅約 76 億年。因此,研究推測該星球即便有生命,也極可能永遠停留在「微生物階段」,無法跨入多細胞或高度複雜的生態系。
4. 檢視其他鄰近系外行星與研究結論研究團隊進一步將此模型應用於 29 顆鄰近的岩石系外行星。少數潛力標的: 他們發現如 GJ 1061c 和 K2-3d 等行星,由於體積較大、恆星溫度較高且年齡較老,其累積生產力潛力超越了地球,理論上有較高的機會孕育出多細胞甚至更高等的生命。整體宏觀意涵: 該論文提醒科學界,在浩瀚宇宙中,「微生物生命」可能是普遍存在的,但像地球這樣擁有雨林、動物及高等文明的「生機勃勃世界」極其罕見。 這項研究為未來太空望遠鏡(如韋布望遠鏡)在尋找地外生命時,提供了更具指標性的篩選框架——不僅要看星球有沒有水,更要評估其恆星與環境能否提供足夠的能量「熱度」讓生命往前推進。
https://www.cambridge.org/core/journals/international-journal-of-astrobiology/article/calculating-potential-cumulative-carbon-fixed-and-evolutionary-stage-for-earthlike-planets-in-our-solar-neighborhood/B2E54EC030403A3B80919CBDCBB6F09E