蒂姆福杰尔是一位科学和自然作家，也是《发现》和《地球》杂志的特约编辑。他还是《美国科学与自然》杂志的系列编辑。他的作品发表在《国家地理》、《史密森尼》和《科学美国人》等杂志上。他住在新墨西哥州北部。

我们从来没有在我们所知道的最大最深的水域航行过;这片水域没有岛屿或海岸，没有狂风巨浪，也没有阳光照耀的银色表面，这片黑暗的海洋在地球的任何地图上都找不到它在3亿多英里之外的木卫二上，木卫二是围绕着木星运行的其中一颗卫星(木星至少有69颗卫星)。伽利略号宇宙飞船在1995年至2003年间曾11次经过木卫二，它的数据显示，在这颗卫星光滑冰冷的表面下有一个巨大的咸海，据估计有60英里深(大约是太平洋最深深度的8倍)它拥有的水量是地球所有海域总和的2到3倍。

潮湿的木卫二并不孤单，至少有另外两颗木星卫星，Ganymede和Callisto，同样有地下海洋。土星轨道上的土卫六和土卫一也可能是这样。而毫无疑问，另一颗土星卫星土卫二(Enceladus)在其冰冻的地壳下同样蕴藏着水，其体积可能与五大湖相当，这个发现的证据令人震惊但是却不容置疑：在2005年，卡西尼号太空探测器捕捉到间歇泉向太空喷射冰和水蒸气的图像，高度高达数百英里;2015年10月，卡西尼号甚至穿越了这些间歇泉，掠过木卫二表面30英里的距离进行取样。

要是说外太阳系中液态水的丰富容量和普遍存在完全颠覆了科学家们的预期，那对这些发现是不公平的。在卡西尼号、伽利略号和其他探测器的发现之前，人们的共识是很明显的：围绕木星和土星的卫星看起来很像我们的卫星或者火星的卫星，都是岩石嶙峋、坑坑洼洼的荒地，它们的环境对生命都充满敌意。加州山景城SETI研究所的天文学家希斯肖斯塔克(Seth Shostak)说：没人料到那里会有地下海洋，它将我们的宜居概念和可能会在哪里找到生命的想法扩展到我们从未考虑过的世界。我们一直认为它必须在一个行星上，我想我们有理由认为在我们太阳系中的其他7个地方可能存在生命，或者说至少有生命存在的条件，七个!大多数都是卫星!

在我们自己的家门口就有如此多的水，那在其他恒星周围无数的行星也几乎可以肯定有海洋，更别说湿卫星了。天文学家已经初步确定了太阳系以外的一些水世界根本没有陆地的行星。这真是令人难以置信，德克萨斯州圣安东尼奥西南研究所的卡西尼号任务科学家克里斯托弗格林(Christopher Glein)说，这就像是发明了一个新的海洋学领域。

事后看来，可能外星海洋的存在并不应该让人如此惊讶。氢占宇宙中普通物质的74%;氧是存在的第三大最常见元素。把两者结合起来，就得到H2O，即水。天文学家已经在月球上，甚至在最接近太阳的水星的环形山上发现了水冰的痕迹。这种现象在星际云和初生行星系统的尘埃盘中也很常见;它已经在一些巨型系外行星的大气层中被发现。

美国国家航空航天局(NASA)詹姆斯韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)的副项目科学家梅恩克(Bonnie Meinke)说，对系外行星的研究一直在取得长足进展。在过去的20年里，我们的系外行星的了解已经从少数的几颗发展到数千颗。我们现在知道，你在夜空中看到的每一颗恒星都可能伴有一颗行星，我觉得我们可以认为围绕着这些恒星的那些小行星上都存在水。

哪里有水，哪里就可能有生命跟着水走一直是天体生物学家的一个公理。是什么让水如此重要?为生命引擎提供燃料的化学反应需要液体溶解并在细胞内运输分子，而水是已知的最佳溶剂之一;它可以在广泛的温度范围内保持液态，几乎比其他任何物质保持液态的温度范围都要广。也许其他液体也有可能在某些非常奇异的外星生物化学中扮演水的角色例如，在土卫六上就发现了液态甲烷湖。但到目前为止，还没有人发现生命需要水这个规律存在有什么例外。

那么，那些完全被这种基本物质所覆盖的行星难道不是生命的理想避风港吗?最近的一些研究给这样的想法泼了一盆冷水：许多星球其实可能有太多的水了对生命诞生来说，或者对生命繁荣说的话(假设生命已经诞生了)。亚利桑那州立大学(Arizona State University)天体物理学家史蒂文德施(Steven Desch)说，多未必就好。Desch和他的同事们一直在用计算机模拟外星世界可能存在的地质物理和大气环境。他们的目标是为未来几代的系外行星猎人提供一种行星指南Desch称其为行星周期表。它将对那些最有可能在其大气中包含生命副产品(例如氧气或甲烷之类的气体)的行星类型进行排名。最重要的是，在未来的几十年里，这些气体的数量将必须大到足以被望远镜探测到，Desch说：我们需要优先观察那些行星，在那里我们可能得到最好的生命迹象。

事实证明，水行星可能是最不适合寻找生命的地方之一。Desch的团队创建了一个与几乎所有方面都与地球相似的行星计算机模型：它的大小，和与类日恒星的稳定距离，不太冷也不太热的温度;然后他们用地球上五到七倍的水淹没了这个虚拟行星，这足够淹没所有的大陆。(Desch说，如果地球上多了6个海洋的水量，就足以淹没珠穆朗玛峰。)通过给他们的虚拟世界灌水，他们消除了一个我们地球人认为理所当然的维持生命的关键过程：裸露岩石的风化。

没有雨水或流动的水来腐蚀岩石，Desch的团队创造的行星海洋中几乎不含磷，而磷是所有生命都不可或缺的元素，海水本身的酸性不足以像淡水那样有效地溶解磷。与Desch合作的亚利桑那州立大学(Arizona State University)微生物生态学家特莎费舍尔(Tessa Fisher)说，磷是非常关键的，除了RNA和DNA，它还组成ATP，ATP是我们所知的所有生物化学过程中携带能量的分子。我们所理解的陆地生物化学在没有磷的情况下是不会起作用的。

Desch和Fisher强调说，他们的模型并不排除水世界中存在生命的可能性。这些行星上的海洋可能含有一些磷，但不足以支持能在大气中留下明显印记的生命，Fisher说，那种行星不会有你在地球上看到的含有30%氧气的大气层。完全被海洋覆盖的行星很可能适合生命居住。只是那里的生命会非常边缘化，我们用近期的技术从地球上探测到它的可能性微乎其微。

我们所探测到的最类似地球的世界对于生命来说可能都太潮湿或太多冰

然而，也许会有一些行星，它们有非常多的水，致使生命不可能存在。Desch的团队估计，一个地球大小的行星，如果它拥有其质量10%的水，那这个行星将会是完全没有生命的。这样一颗行星的水量相当于地球上400个海洋;海底巨大的压力会形成一种奇特的高密度冰，被称为ice-six或ice-seven。Desch说：那真的会把事情搞砸，因为这样的话水和岩石之间就不会有相互作用了。

尽管这些条件看起来很古怪，但这些行星可能比地球等岩石天体更为常见。在整个宇宙的行星系统中，水和岩石可能一样丰富。在我们的太阳系中，彗星、一些卫星和冥王星之外柯伊伯带的冰冻星体被认为是由等量的冰和岩石组成的。Desch说，外行星大约有50%是冰，这才是常见的，地球这么干燥才是不常见的。

从我们狭隘的角度来看，地球似乎是典型的海洋行星一个淡蓝色的点由它的海洋主宰。但所有这些海洋加起来只相当于地球表面最薄的一层薄膜。就质量而言，地球只有其质量0.025%的水。按照目前的技术，天文学家将无法判断一颗系外行星(如地球)是否有水。天文学家使用两种基本技术来确定系外行星的组成。首先，他们通过观察一颗行星在经过它的恒星前时挡住了多少光线来估计它的大小，然后，他们测量了轨道行星向恒星传递的极其微小的摆动，这就产生了行星的质量。行星的质量除以其体积得到其密度，这反过来给天文学家对行星中气体、岩石物质和水的比例一个粗略的概念。

想想我们的海洋有多薄，Desch说，它不会以任何方式改变地球的半径。他说，目前天文学家只能判断一颗系外行星是否有海洋，前提还是这颗行星的水占其质量的10%左右，正如上面提到的那样，这相当于400个地球海洋，这是足以毁灭生命的水量。因此，我们能用现有技术探测到的那些水世界不太可能存在任何生命。Desch说，这是目前最先进的技术了，我们是有寻找水的能力，当一颗行星的水超过其质量的10%的时候我们就能侦查到水，但这样的话水就太多了。

7个这样的行星围绕着Trappist-1运行，Trappist-1是一颗49光年之外的恒星，它的比利时发现者以他们最喜欢的啤酒品牌命名它。这些行星都和地球大小差不多，其中三个位于恒星的宜居带内，它们的轨道距离允许液态水的存在。它们是迄今为止发现的最具吸引力的类地行星之一，但它们可能都太潮湿或被冰压得让生命无法生存。

从望远镜捕捉到的几颗像素大小的光来测量遥远行星的组成充其量是一门不精确的科学。

考虑到这些限制，Desch和他的同事估计Trappist-1最外层的行星由50%的冰组成;最里面的行星似乎至少也有10%的液态水和冰。Desch说：这远远超出了覆盖各个陆地的极限了，这种情况下在海洋底部会有数百公里甚至1000公里的高压冰，这无疑是一颗死星。

所以怎样才能确定一颗活的行星呢?一颗由大陆和海洋组成的类似地球的行星，既不太湿，也不太干?考虑到可能存在的行星的范围，肯定有很多像我们这样的行星，但我们如何才能找到它们呢?詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)将在2020年开始其5到10年的任务，之后它将主导天文学;它将能够分析海王星大小的系外行星的大气层，甚至可能发现一些超级地球质量是地球的两到十倍的行星。但是，如果说要搞清楚这些行星的大气层的话韦伯太空望远镜还是有点近视，更不用说搞清楚它们的海洋了。

JWST项目副科学家梅恩克(Meinke)说，很难看到这么小的东西，就像地球大小的行星从它的恒星前面经过，但还要看到那一小片银色大气层一样。他说：未来的望远镜应该能够做到这一点，我将做出这样的预测：我认为我们能够在我的职业生涯里做到这一点。但是韦伯望远镜的话无法确认在一个陆地类型的行星上是否有水。

能够直接成像另一个世界的海洋和陆地质量的望远镜可能至少还需要几十年的时间才会面世。但即使这样的望远镜成功面世，整个行星的分辨率可能也会限制在一两个像素内。所以这就是科学历史上最令人惊讶的发现之一，我们第一次直接观察与地球相像的行星可能会是这样：单个像素的颜色将周期性由蓝色转变为棕色，正如遥远的星球在不停地旋转，时而露出它的陆地与海洋。

在那一天到来之前，我们很可能会在离我们家更近的一些海洋外找到生命的证据。最容易到达的海洋是土卫二，它似乎拥有生命所需的所有条件。2015年10月，卡西尼号探测器以每小时近1.6万英里的速度，潜入土卫二冰水的羽烟中，它探测到氢气、二氧化碳和甲烷。这表明，这颗卫星很可能有类似地球的深海热液喷口。当我们穿过羽流的时候，我们真的尝到了土卫二海洋的味道!卡西尼号任务科学家之一Glein说。

特别是氢的存在，这是一个迹象，表明在土卫二海底热岩石和盐水之间的化学反应正在把水分解成氢和氧。像土卫二这样小的星体通常根本不会有任何可测量的氢元素，这种元素非常轻，它应该早就逃到太空去了，因此土卫二的氢肯定以某种方式得到了不断补充，而最有可能的来源是热岩石和水之间的化学反应。Glein说：一旦我们发现了氢气，我们就可以得出结论，那里肯定存在大量的化学能这正是地球深处或热液喷口的生物为自身提供能量的同种能源类型。

也许会有一些多细胞的生物，但你如果要说金枪鱼之类的东西我就很怀疑了!

产甲烷菌是在地球上热液喷口周围发现的一种古老的细菌，他们将氢与二氧化碳结合，通过这种反应释放能量进行新陈代谢，而甲烷则作为反应的废物。类似的简单生物被认为曾在地球早期的海洋中生活过。即使是在甲烷菌首次出现数十亿年后的今天，它们仍然独立于阳光而生存，形成了一种奇怪的食物链，支撑着管虫和巨型蛤的生态系统。

在土卫二、木卫二或其他月球海洋的暗无天日的深处，会有比细菌更复杂的生命形式出现吗?搜寻地外文明计划的天文学家肖斯塔克(Shostak)说，你可能会在这些地下海洋中发现细菌生命，但要为更复杂、需要更多食物的生物体提供能量可能有些困难。这并不是说它不可能发生它们(卫星)在那里已经存在了45亿年，所以可能有一些多细胞的生命体，但但你如果要说金枪鱼之类的东西我就很怀疑了!

我们回答这些问题的唯一方法就是探访这些世界。美国国家航空和宇宙航行局(NASA)已经批准了木卫二快船(Europa Clipper)任务，该任务最早可能于2024年发射，并于2030年抵达木星。计划要求飞船经过木卫二上空45次，并距离冰面16英里。未来在木卫二、土卫二或土卫六上着陆的任务将寻找由生物产生的复杂氨基酸和其他生物分子。

仅仅只有我们自己的世界这一个例子，很难说生命是非常平凡的还是不可能发生的宇宙事故。Glein说：人们通常认为，由于生命的化石或化学证据可以追溯到很久以前，所以我们认为生命开始得相当快，人们认为这意味着生命的起源很简单。

简单、困难还是介乎于两者之间，我们并不清楚，但我们现在可以肯定的是：如果生命需要水来开始的话，其实水并不稀缺，Glein说：如果我们考虑的是生命的需求，那么这个等式里水的部分在太阳系中已经基本上被满足了，这个满足的范围可能还包括整个宇宙。