当埃隆马斯克(elon musk)公开介绍他的火星移民计划时，人们可能对此持有两种完全不同的观点。有人认为这个计划纯属异想天开，但也有人充满期待。移民火星并在火星上建立社区真的可行吗？
《火星时代》(第一季)(2016)剧照。
1976年，当海盗1号飞船抵达火星时，人们对第一个地外生命——，至少是间接表明其存在的信号——即将被发现抱有很大希望。但事实上，它并没有找到生命。
自古以来，人类就对宇宙充满好奇，对地外文明的想象和探索从未停止。其实早在1974年，天文学家卡尔萨根就提出，仅银河系就有100万个智慧生命创造的文明。这种令人振奋的观点催生了许多科幻小说或影视作品，其中对地外智慧生命特征的各种描述，充分满足了我们内心深处对这些尚未出现的“太空邻居”的期待。
然而，随着地球生命起源研究和地外生命探索的深入，越来越多的科学证据表明，40亿年前这颗蓝色星球上生命的起源和复杂性演化，直至发展到今天的文明，并不是任何星系中普遍存在的现象，而是非常罕见的结果。地球的这个“暗淡蓝点”可能真的是浩瀚宇宙中唯一适合高等生命的家园。
在《稀有地球：为什么复杂生命在宇宙中如此罕见》一书中，古生物学家彼得d沃德和天文学家唐纳德布朗利结合天体物理学、天体生物学和行星科学的最新知识指出，虽然不难找到类似微生物的简单生命的证据，但复杂生命进化和生存所需的条件相当罕见，如可居住带的形成、板块构造和月球在地球生命起源中的作用等。这意味着不仅智能生命，而且
在他们看来，地球上丰富多彩的生命远比我们想象的珍贵，因为即使我们穷尽了人类文明，也不一定能接触到另一个宇宙文明。那么，真的是这样吗？
以下内容摘自《稀有地球：为什么复杂生命在宇宙中如此罕见》经出版社授权。与原文相比，编者增加了一些小标题。
《稀有地球：为什么复杂生命在宇宙中如此罕见》，[美]彼得d沃德和李著，译，商务印书馆，2021年9月。
稀土假说：简单生命普遍，复杂生命稀少。
无论哪个夜晚，大量的外星生命频繁出现在世界各地的电视和电影屏幕上。无论是《星球大战》系列，《星际迷航》系列还是《X档案》，传递的信息都很明确：宇宙中充满了外星生命形式，有着各种各样的身体配置和智力，也有着不同程度的善良。我们的社会显然对外星生命很痴迷，期待的不仅仅是其他星球上的生命，还有宇宙中大量的智慧生命来创造外星文明。
这种在估计宇宙其他地方是否存在智慧生命时的偏见，一部分是因为人们希望(或害怕)它们的存在，一部分是因为天文学家弗兰克德雷克(Frank Drake)和卡尔萨根(Carl Sagan)现在著名的工作，他们在工作中提出了一种估计我们银河系中可能存在的高级文明数量的方法(即德雷克方程)。用这个方程估算的基础是对以下几个数字作出科学的评价：银河系中行星的数量，可能有生命居住的行星所占的比例，不仅有生命而且还有
已经发展出文明的星球比例。德雷克萨根(Drake Sagan)和德雷克萨根(Drake Sagan)得出了一个惊人的结论：智慧生命应该无处不在，广泛分布于整个银河系。事实上，卡尔萨根在1974年估计，在我们自己的星系中可能有100万个文明。考虑到我们的星系只是宇宙中几千亿个星系中的一个，宇宙中智慧外星物种的数量肯定是极其庞大的。
电影剧照《X档案：征服未来》 (1998)。
银河系中有100万个由智慧生物创造的文明，这是一个令人兴奋的观点。但是可信吗？德雷克方程的这个解隐含了一些需要检验的假设。最重要的一点是，它假设生命一旦起源于某个星球，就会进化到更高的复杂性，最终文明会在很多星球上发展并达到顶峰。当然，这正是发生在我们地球上的事情。在这里，生命起源于大约40亿年前，然后从单细胞生物进化为具有组织和器官的多细胞生物，最后出现了高等植物和动物。但是，这样一个生活史——的复杂性不断增加，直到进化到动物级别——，是进化的必然结果吗？真的是普遍现象吗？如果这只是一个非常罕见的结果呢？
不仅是智慧生命，就连最简单的动物在银河系乃至整个宇宙中也是极其罕见的。我们没说人生难得。我们刚刚说了动物很稀有。我们认为微生物或类似形式的生命在宇宙中无处不在，可能比德雷克和萨根预期的还要多。然而，复杂的生命——高等植物和动物——可能比人们通常认为的要罕见得多。简单的生活是普遍的，复杂的生活是罕见的。我们把这两种预测合起来称为“稀土假说”。
我们对外星生命的热切搜寻才刚刚开始，但我们已经进入了一个非凡的发现时代。这是一个令人兴奋的时代，展示了新知识的曙光，这可能是自欧洲人乘坐木制帆船抵达新大陆以来从未出现过的。我们也正在进入一个新世界，以不断变化的速度获取数据。旧的观念在衰落，新的观念随着每一张新的卫星图片或每一次深空探测的结果而起伏。在许多关于宇宙生命的假设中，生物学或古生物学的每一项新发现都支持或推翻了其中的一些假设。
这是一个不寻常的时代，一门新的科学3354天体生物学3354正在诞生。它专注于宇宙中支持生命的条件。这个新领域的研究人员包括年轻人和老年人，他们有不同的学术背景。在新闻发布会上，我们很容易看到他们的脸上表现出极大的渴望，就像在火星探路者的实验结果、南极冰盖上发现火星陨石和收集木星卫星新照片后的新闻发布会上看到的那样。在通常礼貌的科学会议上，情绪极其高涨；有的人名声很大，有的人却名声很大；人的希望就像坐过山车，科学共识以令人眩晕的速度被推着前进，又被抛弃。
我们是一场科学革命的见证者，正如在任何科学革命中一样，最终总会有赢家和输家，3354对于思想和它们的支持者来说。这非常类似于20世纪50年代早期DNA结构被首次发现，或者20世纪60年代板块构造和大陆漂移的概念刚刚被定义。当年，这两件事引发了科学革命，不仅彻底重组了与之直接相关的学科，迫使许多相关学科做出调整，也打破了学科之间的界限，使我们能够用新的方法审视自己和周围的世界。
对于最近的科学革命3354和开始于20世纪90年代的天体生物学革命3354也是如此。让这场革命看起来如此惊人的是，它并不是发生在一个科学分支内部，比如20世纪50年代的生物学或20世纪60年代的地质学，而是许多不同学科交叉的结果。这些学科包括天文学、生物学、古生物学、海洋学、微生物学、地质学和遗传学等等。
即使穷尽人类文明，也不一定能接触到另一个宇宙文明。
从某种意义上说，天体生物学是生物学领域的进步。它不再只研究地球上的生命，还包括地球以外的生命。它迫使我们重新思考地球上的生命，并将其视为生命运作的唯一例子，而不是唯一的例子。天文学要求我们打破传统生物学的束缚，始终将整个地球视为一个生态系统。它要求我们了解化石历史。它让我们思考很长一段时间，而不仅仅是此时此地。最根本的是，它要求我们在时间和空间上拓宽我们的科学视野。
由于天体生物学的革命涉及到如此分散的学科，使得学科之间的许多界限瓦解和融化。古生物学家在数十亿年前的非洲岩石中发现了一种新的生命形式，这对研究火星的行星地质学家来说可能具有重要意义。探索海底的潜水器发现的化学物质也可能改变行星天文学家的计算。确定一系列基因序列的微生物学家可以影响在行星地质学家实验室研究木卫二(木星的卫星之一)上冰冻海洋的海洋学家的工作。
最不可能的学术联系正在建立，曾经将科学隔离成严格界限的令人生畏的学术壁垒正在被打破。不同学科的新发现都是针对天体生物学的核心问题：宇宙中的生命有多普遍？它能在哪里生存？它能留下化石记录吗？有多复杂？乐观主义者和悲观主义者反复较劲，电子邮件此起彼伏，学术会议一个接一个匆匆召开，新发现让研究项目迅速转向。让人被那种难以忘怀的兴奋感迷住，久久不能自拔。研究人员越来越坚信地球之外存在生命。
天文学革命是相当令人惊讶的，因为它部分是在人们绝望之后从科学的废墟中重生的。早在20世纪50年代，著名的米勒-尤里实验(Miller-Urey experiment)就表明，有机物很容易在试管(模拟早期地球环境)中合成，因此科学家们认为他们已经接近发现生命起源的过程。此后不久，在一颗新坠落的陨石中发现了氨基酸，表明太空中存在生命的原材料。很快，射电望远镜的观测也证实了这一点，星际云中发现了有机物的存在。生命的基本构件似乎遍布宇宙。显然，外星生命的存在具有现实可能性。
1976年维京1号飞船抵达火星时，人们对发现第一个地外生命——，至少是间接表明其存在的信号——抱有很大希望。然而，“海盗1号”并没有找到生命。事实上，它发现了一些不利于有机物存在的条件：极度寒冷、有毒土壤和缺水。在许多人看来，这些发现粉碎了所有在太阳系中可以找到外星生命的幻想。这对天体生物学这个新领域是一个毁灭性的打击。
大约在这个时候，另一件重要而令人沮丧的事情发生了。对太阳系外行星的第一次认真研究都得到了否定的结果。虽然很多天文学家认为其他恒星很可能也有行星轨道，但这只能是一种抽象的推理，因为用地面望远镜搜索后并没有证据表明我们的太阳系外还有其他行星。到20世纪80年代初，人们对这一领域的真正进展不抱希望，因为似乎我们甚至无法探测到围绕其他恒星运行的行星。
然而，就在这个时候，一个新的发现为今天天体生物学家常用的跨学科方法铺平了道路。1980年，学术界宣布恐龙并非因气候逐渐变化而灭绝(这是长期持有的观点)，而是遭受了6500万年前一颗大彗星撞击地球的灾难性影响的毁灭性打击，这成为科学上的转折点。天文学家、地质学家和生物学家第一次有理由就与他们学科相关的科学问题进行严肃的对话。来自这些先前孤立领域的研究人员发现，他们正与一群陌生的科学家坐在一张桌子旁。他们都被同一个问题所吸引：小行星和彗星会导致大灭绝吗？现在20年过去了，同一批参与者中的一些人正在研究一个更大的问题，即看看地球以外的行星上的生命现象有多普遍。
珀西瓦尔洛厄尔在1908年绘制的火星地图。有人认为图上的线是火星人修建的灌溉渠。《稀有地球：为什么复杂生命在宇宙中如此罕见》插图。
遥远的太空为宇宙生命的起源和分布提供了惊人的新线索。
火星上缺乏生命，而且无法找到太阳系外的行星，这一度让那些已经开始自认为是天体生物学家的学者们感到气馁。然而，这一领域不仅涉及太空中的生命，还包括对地球上生命的研究。是人们向内看，审视地球本身，重新点燃了希望的火花。天文学之所以能够东山再起，很大程度上并不是因为天文观测，而是因为在20世纪80年代初，人们发现生命可以在比以前想象的恶劣得多的环境中存在于地球上。无论是在深海还是在地表以下，都有一些微生物生活在极端的温度和极端的压力下。这一发现让人豁然开朗：如果生命可以在地球上如此恶劣的条件下生存，那么为什么在其他星球、我们太阳系的其他天体或遥远恒星的其他星球和卫星上或内部不能存在生命？
然而，仅仅知道生命可以忍受极端的环境条件并不足以说服我们生命必须存在。生命不仅要能在火星、金星、欧罗巴或土卫六等天体的恶劣环境中生存，还要能在那里起源或传播。我们必须证明，生命不仅可以在极端环境中生存，也可以在极端环境中形成，甚至最简单的生命也可以在宇宙中广泛传播。不过在这个问题上，也有革命性的新发现带给我们乐观的期待。遗传学家最近发现，地球上最原始的生命形式——，也就是那些可能与地球上最早形成的生命——关系更密切的生命形式，恰恰是那些在极端环境中发现的耐力很强的生命类型。对于一些生物学家来说，这意味着地球上的生命起源于高温、高压和缺氧的条件下，这是在太空其他地方可以看到的那种环境。这些发现让我们有信心期待生命可能真的广泛分布于宇宙中，甚至在其他行星系统的恶劣环境中。
电影剧照《火星救援》 (2015)。
地球上生命的化石记录也是相关信息的主要来源。我们从化石记录中得到的最有说服力的发现之一是，生命几乎是在地球的环境条件允许它们生存的时候形成的。地球表面最古老岩石中的化学痕迹提供了强有力的证据，证明生命出现在大约40亿年前。所以地球上生命诞生的时间几乎达到了最早的理论极限。除非完全是偶然，否则就是说原始生命的形成本身就是——，也就是说从无生命物质合成3354是非常容易的。也许只要任何一个星球的温度下降到可以形成氨基酸和蛋白质并通过稳定的化学键相互连接的程度，生命就开始了。这样层次的生命可能一点都不稀罕。
遥远的太空也为宇宙生命的起源和分布提供了惊人的新线索。1995年，天文学家发现了第一批远离太阳围绕恒星运行的系外行星。从那以后，我们发现了大量的新行星，并且每年都有更多的行星出现。
电影剧照《星际迷航》 (2009)。
有一段时间，一些学者甚至认为我们获得了第一份地外生命的记录。在南极洲冰原上发现的许多小陨石似乎起源于火星，其中至少有一个可能携带着地外起源的类细菌生物的化石残骸。1996年的这一发现犹如一枚炸弹。美国总统在白宫宣布了这一发现，整个事件激发了人们发现地球以外生命的压倒性努力和决心。但是，相关证据，——，或者至少是那块陨石，太有争议了。
所有这些发现都导致了同一个结论：地球可能不是银河系中的——甚至不是太阳系中唯一有生命存在的地方。但是，如果太阳系的行星或卫星上，或者宇宙中围绕其他恒星的遥远行星上，确实存在其他生命，那是一种什么样的生命呢？以复杂的后生动物为例。这类生物是由许多相互配合的细胞和器官系统组成的，它们可以表现出一定的行为。我们一般简称它们为“动物”。他们出现的概率有多大？在这个问题上，也有一些新的发现可以为我们提供新的见解，也许最明智的见解再次来自地球的化石记录。
更精确地测量地球化石记录中公认的进化事件发生时间的新方法，加上新发现的过去未知的化石类型，都表明地球上的动物出现得比我们以前想象的更晚、更突然。这些发现表明，至少就地球而言，生命并没有以线性的方式逐渐发展出复杂性，而是跨越式地突破了一系列门槛，从而取得了这种进步。细菌决不是以稳定的速度变成动物的。相反，这个过程是断断续续的，不断试错。虽然生命在可以形成的时候可能几乎是立即形成的，但是动物的形成要晚得多，延迟很久。这些发现意味着复杂生命的进化比生命本身的形成要困难得多，需要很长时间才能实现。
电影剧照《星际迷航》 (2009)。
人们总是不假思索地认为，生命进化的最后决定性一步是进化出我们所说的动物；一旦达到这种进化水平，动物将通过一个漫长而持续的过程发展智力。然而，天体生物学革命获得了另一个深刻的洞见，那就是，进步到动物阶段是一回事，但保持这个水平完全是另一回事。地质记录的新证据表明，一旦复杂生命形成，它将遭受一系列无尽的恒星灾难，这些灾难造成了已知的大灭绝事件。这些罕见但毁灭性的事件，可以让进化秒表回到原点，复杂的生命被彻底摧毁，只有更简单的生命形式存活下来。这些发现再次表明，适合复杂生命进化和存在的条件比允许生命形成的条件要苛刻得多。这样，尽管生命可能在一些行星上诞生，最终动物3354会进化，但它们很快会被全球性的灾难所毁灭。
为了检验稀土假说3354，生命几乎无处不在，但复杂生命几乎无处不在的悖论3354最终可能需要我们去遥远的恒星。但是现在我们甚至不能航行得离地球更远一点。即使是最近的恒星也离我们太远，这可能会阻碍我们探索太阳系以外的行星系统。也许这是一种悲观的观点；也许我们最终可以找到一种速度非常快的旅行方式(这样我们就可以到达非常远的地方)，比如通过虫洞或者其他一些尚不为人知的星际旅行方式，这样我们就可以探索银河系，甚至可能探索其他星系。
我们假设人类已经可以完成某种星际旅行，开始在其他世界寻找生命。什么样的星球不仅有生命可以栖息，还拥有类似地球上动物的复杂生命？我们应该寻找什么类型的行星或卫星？可能最好的搜索方式是只寻找那些与地球相似的行星，毕竟地球上有如此丰富的生命。然而，我们一定要找到地球的精确副本才能找到动物吗？我们的太阳系和地球究竟具备什么样的条件，才能让复杂的生命不仅诞生，而且繁衍？
稀有星球？
如果我们能够摆脱对地球和太阳系的主观先入之见，尝试从真正的“宇宙”视角去观察它们，那么我们也可以开始用新的眼光去看待地球及其历史。几十亿年来，地球一直围绕着一颗恒星旋转，能量输出相对恒定。虽然在最恶劣的行星和卫星上可能仍然存在生命，但是动物——，比如地球上的这些3354，不仅需要非常温和的环境，还需要这些环境的长期存在和稳定。
《神秘博士：火星之水》 (2009)剧照。
众所周知，动物需要氧气。但是地球花了大约20亿年才积累了足够的氧气来维持所有动物的生存。如果太阳的能量输出在这个漫长的发展阶段(甚至之后)变化太剧烈，动物在地球上进化的机会就不大了。在那些围绕能量输出不够恒定的恒星旋转的行星上，动物出现的几率要小得多。很难想象围绕变星旋转的星球上会出现动物；即使在双星或三星系统中围绕恒星运行的行星上，也很难有这样的机会，因为有更大的机会出现能量波动，使行星突然变热或变冷，从而摧毁早期生命。而且，复杂生命即使能在这样的行星系统中进化，也很难存活很长时间。
我们的地球也有合适的大小、化学成分和日地距离，让生命得以繁衍。动物居住的星球与其周围的恒星之间必须有一个适当的距离，因为这一特征决定了星球能否将水保持在液态，而这显然是我们所知的动物生存的前提。大多数行星要么离它们的恒星太近，要么太远，不允许液态水存在于它们的表面；虽然这些行星中有很多可能存在简单的生命，但像地球上的动物这样的复杂生命如果没有液态水是无法长期存在的。
另一个与地球上高等生命的出现和维持明显相关的因素是，我们的小行星或彗星的撞击率相对较低。我们已经提到小行星和彗星与行星的碰撞会导致大灭绝。是什么控制了这个影响率？影响它的是行星形成后留在行星系统中的物质数量：绕行星轨道运行的彗星和小行星越多，撞击率越高，撞击导致大灭绝的概率也越大。然而，这可能不是唯一的因素。行星系统中行星的类型也可能影响撞击率，因此在动物的进化和维持中起着重要的作用。对于地球来说，有证据表明，巨行星木星是“彗星和小行星的捕手”，是清除太阳系中宇宙垃圾的引力陷阱，这些垃圾可能已经与地球相撞。因此，木星降低了大灭绝事件的发生率，这可能是高等生命能够在地球上长期形成和维持的首要原因。木星大小的行星的存在有多普遍？
在太阳系中，地球是唯一一颗(除了冥王星)拥有一颗与行星相比不算小的卫星的行星，也是唯一一颗拥有可以导致大陆漂移的板块结构的行星。我们将试图证明这两个特征可能是动物诞生和持续存在的关键条件。
行星在星系中的位置甚至起着重要的作用。在星系中心布满恒星的区域，超新星爆发和恒星相互靠近的概率可能如此之高，以至于动物发展所需要的长期稳定的环境无法存在。星系外围区域所含的重元素比例可能过低，而岩石行星的构建需要这些重元素，行星内部也需要重元素衰变放出的热量来升温。甚至彗星的撞击率也可能受到我们银河系和太阳系在银河系中位置的影响。太阳及其行星一直在银河系中运行，但一般来说，它们的运动主要是在银河系的平面内，我们几乎没有越过旋臂。更何况星系的质量也可能影响复杂生命的进化概率，因为星系的大小与其金属含量有关。因此，某些星系在生命起源和演化上可能优于其他星系。我们的太阳——和太阳系3354具有异常高的金属含量。也许银河系根本就不寻常。
最后，行星的历史和它们的环境条件一样，也可能部分决定了哪些行星会使生命进展到动物阶段。有多少原本可以发展出丰富的动物生命，拥有宝贵历史的星球，因为偶然事件而失去了这种潜力？小行星撞击行星表面会导致大规模灭绝的灾难性后果。附近的一颗恒星可能会爆炸成灾难性的超新星。随机的大陆板块汇聚也可能造成冰河期，通过偶然的大规模灭绝事件杀死动物。可能是运气多吧。
自从波兰天文学家mikolaj kopernik将地球从宇宙中心移走，并将其置于围绕太阳的轨道上，地球就遭受了一轮又一轮的退化。我们不再生活在宇宙的中心，而只栖息在一个小小的星球上；它所围绕的恒星也很小很普通，位于银河系一个不显眼的区域，3354。这是现在由所谓的“平庸原理”确立的观点；根据这种观点，地球绝不是唯一有生命的行星，而是许多这样的行星中的一个。人们对其他智慧文明的数量有各种估计，从0到10万亿不等。
然而，如果稀土假说是正确的，那么它将扭转这种分散化的趋势。如果拥有高等动物的地球实际上是银河系这个区域的3354，比如——是唯一的，是最近一万光年里最不寻常的呢？如果地球比这更特殊，是银河系乃至整个可见宇宙中唯一有动物的星球，就像一个动物堡垒，孤立在只被微生物污染的茫茫大海中，那会怎样？如果是这样的话，当智人因为管理不慎而将动植物逼上灭绝之时，宇宙又会因为每个物种的灭绝而遭受多大的损失？
欢迎登上这条孤独的船。
作者：彼得沃德，唐纳德布朗利
编辑Anya
编辑罗东
校对茜茜的引言部分。
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