科學人 3月號/2023 第253期

外星生命長怎樣？顛覆你的想像！

外星生物一定長得像地球生物嗎？科學家開始拋棄這種傳統思維，跨領域合作尋找外星生命！

撰文／史柯爾斯（Sarah Scoles）
繪圖／漢德 （William Hand）
翻譯／鄧子衿

來自美國肯塔基州的強生（Sarah Stewart Johnson）第一次站上夏威夷茂納開亞火山（Mauna Kea volcano）山頂時，是在大學二年級，那裡遍地都是凝固的熔岩，

和自己家鄉受侵蝕的蒼鬱山峰截然不同。她信步離開同行的那群年輕研究人員，攀爬到4000 公尺山峰中的一個山脊上，用靴子踢翻一塊石頭，她出乎意料地發現露出的火山灰和火山錐渣之間，有一株小型蕨類探出頭來。她說：「我覺得那株蕨類就象徵著我們人類：克服所有困難，蜷縮在岩石下生長。」

不過真正啟發她的，並非來自於地球生物所處的艱困環境，或是生而為人的艱辛，而是外星生命。相較於人類，陌生又嚴酷的環境可能對其他生物相當舒適。這個啟示讓她聯想到宇宙其他地方存在著不同類型的生命，她說：「就是在那次旅行中，在宇宙中尋找生命的想法對我來說變得有意義。」強生後來成為找尋外星生命的專家。2000 年代末和2010 年代初她在哈佛大學擔任天文學博士後研究員時，研究如何利用遺傳序列做為找到外星生物的證據。強生覺得參與「未來外星生物基因組計畫」這項研究令人興奮，但是也讓她想到：如果外星生物沒有RNA、DNA，或是其他種類的核酸會如何？它們的細胞如果以其他生化途徑得到指令，該如何研究？

以這種另類想法為出發點，強生所發表的文章對於科學期刊來說太過抒情與哲學。她的種種想法後來撰寫成2020 年出版的科普書《來自火星的歌聲》（The Sirens of Mars）。書中她說明其他星球和地球非常不同，其中的棲地環境不論在本質上和化學組成上都大相逕庭。她說：「即使是看來很熟悉的地方，例如我們自認非常了解的火星，也帶給我們驚奇連連。那裡如果有生物，會是什麼樣子呢？」

如果強生的想法正確，以現在找尋外星生命的方式尋找地球以外的生物，可能行不通，因為目前的方法是找尋我們已知的生命型式。強生現在是喬治城大學的副教授，她說：「有句古老的諺語：如果晚上你遺失了鑰匙，你最先會在路燈下尋找鑰匙。如果你想找尋生命，最初只會在你認為有生命的地方去找：類似於地球的環境，找尋類似地球生物的化學特徵。」

許多天文生物學的研究，涉及到找尋化學上的「生物印記」（biosignature），也就是代表有生命存在的分子或是某些分子的組合。但是由於科學家無法信心滿滿地說外星生物在化學特性上類似地球生物，因此找尋這些生物印記代表那些生物就算和我們面對面，我們也無法發現它們。強生說：「我們要如何才能跨過這道障礙？如何知道外星生物究竟長怎樣？」她認為應該要拓展科學方法，來研究以不同生化過程為基礎的生命：那些「我們完全不知道的生物」（life as we don’t know it,LAWDKI）......

當星塵凝結成生命————看天文科學和生命科學在天際交會

文 / 孫維新

1989年，我自美返台，任教於中央大學物理系，當時全台灣還沒有一個天文研究所，為了提高大學生對天文學的認識和興趣，我們連續幾年在山峰巍峨林木參天的大雪山舉辦天文營，成效還算良好，唯一的錯誤，就是邀請了李家維教授來演講，因為當他講完之後，學生都想要去念生命科學！我報復的方法，就是到生命科學營去，講天文科學是如何的迷人。

生物學家曾經這樣說過物理學家：「物理是如此的重要，以致於不能將這個領域完全留給物理學家！」學物理的玻璃心碎一地，但本期3月號有篇文章，終於能讓我們能將這句話原璧奉還：「生物是如此的重要，千萬不要將這個領域完全留給生物學家！」就是因為生物學家經過多年訓練，對生物的定義有其看法，但說到「外星生命」這個領域，我們就需要將長年累積對地球生命的印象歸零放空，不帶任何執念地來檢視何謂「生命」。

美國航太總署噴射推進實驗室（NASA/JPL）執行火星任務不知凡幾，成效卓著，但有回我看到JPL火星任務的生物學家接受訪問，卻讓人哭笑不得。
記者：「請問火星探索任務的終極目標為何？」
生物學家：「研究火星上是否有生物存在。」
記者：「那您知道火星生物長什麼樣子？」
生物學家：「不知道！」
記者：「不知道要怎麼去找？」
生物學家：「我雖然不知道火星生物長什麼樣子，但我相信，我看到了就會認出來！」
生物學家臉上充滿自信，我卻陷入沉思，外星生物「應該」長什麼樣子？

傳說中1947年有個飛碟摔在新墨西哥州的羅斯威爾鎮外，殘骸周遭散佈著幾個外星人，非死即傷，被人們扛去解剖，這些外星人細脖大頭，一米多高，從此之後影視傳媒上外星人的標準模樣就都來自於這些外星人的「解剖」影片。

有學生問我：「外星人真的長這個樣子？」
子不語，只是將以下幾個生物的照片輪流放給他看：老鼠、貓、狗、猴子，以及甄嬛傳的女主角。
學生不解：「敢問夫子何意？」
我說：「這些生物長得都一樣。」（您可千萬不要跟甄嬛傳的女主角說。）
學生說：「哪裡一樣？」
我說：「他們都有一個頭，這個頭有正面和背面，正面都有兩個眼睛一個鼻子一個嘴巴，何以致之？因為他們都是哺乳類，而哺乳類有共同祖先！」
羅斯威爾的外星人除了個子矮些，頭部和身體形貌和我們幾乎一模一樣，所以我們馬上可以得到結論：「這些外星人和我們有共同祖先！」
唉，像話嗎？

孰令致之？就因為電影要賣錢，外星人必須要有地球人的形體樣貌，人類才能發揮同理心寄託感情於其上，假如外星人長得像個氣炸鍋，您覺得這個電影還演得下去嗎？難怪「阿凡達」裡的外星女主角豔麗非凡，還會說英文。

在尋找外星生命的這件事上，天文學家的第一步是搜尋「系外行星」，2009年上天的克卜勒任務，發現了2000多顆系外行星，但多半是體積巨大的氣體巨星；2018年上天的系外行星掩星任務衛星（TESS）任務，主要使命在找尋和地球相似的行星，幾年下來找到了4000多顆候選者，其中有少數和地球大小相去不遠；NASA正在規劃下一個衛星任務，要在這些已知類地行星中尋找含有「水和氧氣」的「適居世界」。這個任務的名稱未定，有HWO（Habitable World Observatory適居世界天文台）、HabEx（Habitable Exoplanet，適居系外行星）和LUVOIR（魯娃）。

最搞笑的名稱就是LUVOIR，聽起來像是優雅的法文，因為這個字長得與法文的AU REVOIR（「再見」，本意為「直到下次重逢」，好感人！）十分相似，感覺特別高大上。實際上這是L-UV-O-IR的合併，意思是「大型的–紫外光–可見光–紅外光」望遠鏡，這又是一個天文學家天才命名法的登峰之作！這個望遠鏡要跨越三個譜區，找尋「水和氧氣」的光譜特徵。

難道是因為好萊塢的誤導，才讓天文學家上窮碧落下黃泉地去找「水和氧氣」？誰說外星生命和我們一樣，需要靠這些世俗之物才能活得下來？在此想請您抽出點時間，讀完本期〈外星生命長怎樣？顛覆你的想像！〉這篇文章，或許您會對「外星生命」該如何認定有全新的看法。有一天，我們可以辦個作品徵集，給定恆星的溫度、行星的大小，和兩者的遠近，再請《科學人》的讀者發想，思考當地的生命該長什麼樣子。

透過科學家的孜孜不倦，「外星生命」應該離我們越來越近了，這個領域，將會是「天文科學」和「生命科學」在天際的美麗交會。或許哪一天我和李家維教授可以共同給個演講？

關於封面

2002年3月，《科學人》雜誌在台灣發行，至今21個年頭，感謝長期支持的讀者朋友。這一期特別使用反射鏡面材質做為封面，只要拿起雜誌，鏡中的你就是《科學人》本期封面人物，也歡迎大家把自己的封面照在社群上與朋友分享。你希望成為怎麼樣的科學人呢？

太空生物學
32 外星生命長怎樣？顛覆你的想像！
文／史柯爾斯（Sarah Scoles）
外星生物一定長得像地球生物嗎？科學家開始拋棄這種傳統思維，跨領域合作尋找外星生命！

天文物理
40 宇宙煉金術——中子星撞出重元素
文／柯蒂斯（Sanjana Curtis）
宇宙裡較重的化學元素來自何處？近年，首次觀測到中子星合併時發出的光與重力波，證實了較輕的元素能快速捕獲中子轉變成新的重元素。

演化
48 人體代謝的高效引擎
文／龐澤爾（Herman Pontzer）
男性代謝率比女性高？中年發福是必然？原始生活大不易，怎麼兼顧餵養小孩？關於我們的代謝運作，以及獲取食物的策略如何幫助智人繁盛， 新近研究提供了不同以往的見解。

宇宙學
54 從黑洞到宇宙——兩個視界的故事
文／薛厚連（Edgar Shaghoulian）
黑洞與我們的宇宙有類似的邊界。近期來自黑洞物理的新突破有助於了解量子宇宙學，進而應用於我們的宇宙。

動物行為
60 愛的動物論——論田鼠的一夫一妻
文／菲爾普斯（Steven Phelps）、多納森（Zoe Donaldson）、馬諾利（Dev Manoli）
親密關係與社會連結如何形成？草原田鼠的神經科學與基因研究為我們提供驚人新見解。

物理學
66 量子纏結如何走向現實？
文／賈里斯托（Daniel Garisto）
用纏結的光子做實驗，揭露了量子力學的深邃哲學問題：兩個相隔遙遠的粒子能夠保持纏結嗎?這違反了貝爾不等式。

氣候
72 友善的混凝土？——建築材料的減碳新法
文／菲謝蒂（Mark Fischetti）
以圖說的方式呈現，如何透過新科技，在製造混凝土和水泥過程中的每個步驟中作優化，大幅減少二氧化碳排放量。

社會科學
76 氣候變遷怎麼說——嚴肅課題的技巧溝通
文／哈索（Susan Joy Hassol）
慎選對大眾陳述時所用的語言和事件，能引發動機解決氣候問題。

社會科學
80 你今天氣候焦慮了嗎？
文／陳璽尹
媒體報導氣候的方式，很可能決定了我們是否採取行動。  

考古學
82 維京女力傳奇
文／羅素（Francine Russo）
北大西洋古代紡織品的分析結果，揭露了長期受到考古學家忽略的維京時代與中世紀女性，在文化及經濟的影響力。

總編輯的話
6 當星塵凝結成生命
——天文科學和生命科學的交會之處 文／孫維新

科學人觀點
8 文／曾志朗

我是企業家，也是科學人
10 《科學人》是我的耶誕禮物——專訪聯華神通集團董事長苗豐強
文／林詠翔

科學人新聞
12 火星生命的自我毀滅｜無人機植物獵人｜系外行星尺寸有空缺｜寒武紀怪奇怪物｜蛇的嘴巴為何能張得很大？｜靈長類挖鼻孔冠軍｜一覽世界科技進展｜天氣現象變詭異｜複雜木質部能抗旱｜最早的大規模採礦

形上集
24 貝爾傳奇（五） 文／高涌泉

教科書之外
26 三色演義 文、圖／陳文盛

機器思維
28 AI的奠基者：麥卡錫（一） 文／林一平

科學棋談
30 誰能決定圓周共400度？π= 3.2？ 文／張瑞棋

專家看新聞
92 資工領域需要更多女性參與 文／ 切爾揚（Sapna Cheryan）、梅斯特（Allison Master）、梅哲夫（Andrew Meltzoff）

科學佐以詩文
93 量子摘錄詩 文／夏恩（Lorraine Schein）

健康與科學
94 新醫療法則：了解患者價值觀 文／華立斯（Claudia Wallis）

科學名人問答
96 AI生物學家 採訪整理／路易斯（Tanya Lewis）

攸關心智
99 盟友成共犯 文／萊布（Margarita Leib）

宇宙奧妙
100 JWST瞥見炫目的恆星螺旋 文／彼萊特（Phil Plait）

科學焦點
102 務實面對氣候變遷？ 文／歐瑞斯克斯（Naomi Oreskes）

科學搖籃
104 是想要，還是必需？——漫談我們為什麼要戀愛 文／黃貞祥

圖表會說話
108 新冠疫情衝擊美國預期壽命 文╱路易斯（Tanya Lewis）、圖表╱蒙塔涅斯（Amanda Montañez）

《科學人》雜誌－全球科普雜誌第一品牌

自2002年創刊以來共11年榮獲出版界最高榮譽雜誌出版金鼎獎！身為全球科普雜誌的第一品牌，《科學人》一直領先報導全球最先進的科學脈動與產業趨勢，除生命演化及天文奧秘的探索外，也包括成就未來經濟創新的各種工具：「NBIC，Nano-Bio-Info-Cogno（奈米科技、生物科技、資訊科技與神經科技）」，及其聚合衍生的「長壽醫學」、「未來能源」、「淨化科技」、「即時通訊」、「人工智慧」及「前進太空」等產業趨勢內容。除了原Scientific American文章精確編譯外，台灣延伸企劃採訪篇章更佔40%以上，藉由淺顯易懂的編輯呈現方式，帶給產業精英、知識家庭、高中及大專院校師生最具未來性的知識力。

《科學人》雜誌即將於2017年2月滿15週年！15年來，在「廣」的方面，《科學人》月月帶給台灣讀者科學新知、科學新聞、重要科學研究；而在「精」的方面，《科學人》推出15週年特別獻禮：「博學誌」系列文集，滿足您在單一領域更深入、更全方位的知識渴望。

「博學誌」系列文集

問，時間為何物？（2016/9/20全新出版） 台灣大學物理系教授 高涌泉 專文導讀

窺探大腦（2016/10/20修訂版）  中央研究院院士 曾志朗 專文導讀

發現天文之美（2016/11/20修訂版） 國立自然科學博物館館長 孫維新 專文導讀

掌握數位生活（2016/12/20全新出版） 台灣大學資工系教授 林守德專文導讀 活靈活現動物行為（2017/1/20全新出版）金鼎獎科普作家 張東君 專文導讀