恒星決定生命形式

    在很大程度上，恒星的質量、溫度決定著行星表面的環境狀態，而環境狀態又決定了生命能否出現、以什么樣的形式出現。

    要想在另一個“太陽系”的行星上找到光合色素，天文學家必須研究行星演化的各個階段，因為目標行星很可能相當于20億年前的地球。另外，科學家還得考慮到，太陽系外的光合生物可能進化出與地球生物完全不同的特性，利用長波長光子就能分解水分子。

    在地球上，紫色不產氧光合細菌(purpleanoxygenicbacteria)吸收的近紅外光波長為1,015納米，是所有光合生物能利用的波長最長的光線。而在產氧光合生物能利用的光線中，波長最長為720納米，吸收這種光線的是一種海洋藍細菌。雖然地球上的生物無法利用波長更長的光線，但這并不意味著，其他行星上的生物就不能利用長波長光線。大量長波光子也能起到與少量短波光子相同的作用。

    限制光合作用的因素，并不是植物是否具有某種新型色素，而是到達行星表面的、可為植物利用的光線??這些光線取決于恒星的類型。天文學家依據顏色對恒星進行分類，而顏色又與恒星的溫度、體積和壽命有關。只有壽命足夠長的恒星，才能孕育出復雜生命。滿足這一條件的恒星，按照溫度的高低，被天文學家分為F、G、K和M型(其中F型恒星溫度最高，M型最低)。我們的太陽屬于G型恒星；質量更大的F型恒星更亮更藍，它們的能量將在20億年內耗盡；K型和M型恒星質量較小，較紅較暗，但壽命更長。

    在每種恒星周圍，都有一個適合生物生存的區域(即宜居帶，habitablezone)。在此區域之內，行星可以維持一定溫度，保證液態水的存在。在太陽系中，這個區域覆蓋了地球和火星軌道；但在F型恒星周圍，與地球大小類似的行星必須離得更遠，才可能適合生物生存；而在K型或M型恒星周圍，“生命行星”與恒星的距離則應該更近一些。在F或K型恒星的宜居帶內，行星能接收到的可見光與地球大致相當，因而可能孕育出類似于地球光合生物的生命形式，它們的色素顏色也只會在可見光范圍內變動。

    M型恒星也叫紅矮星，是銀河系中數量最多的恒星。它發出的可見光子遠少于太陽，近紅外光子的數量卻很多。蘇格蘭鄧迪大學的生物學家約翰?雷文(JohnRaven)和愛丁堡皇家天文臺的天文學家雷?沃爾斯登克羅夫特(RayWolstencroft)曾提出，產氧光合作用理論上可以利用近紅外光。不過，地球植物用兩個可見光子就可以分解一個水分子，而其他行星的生命體需要三四個近紅外光子才能做到這一點。這些光子必須協同工作，為一個電子提供充足的能量，以驅動化學反應的進行。

    另一方面，M型恒星也為生命的誕生制造了一個大難題：年輕的M型恒星會發出強烈的紫外線。為了躲避紫外線，生命體不得不躲到深水層，但這樣一來，它們就可能無法獲得足夠的光線，以致被“餓死”。如果情況得不到改變，光合生物就永遠無法出現在M型恒星周圍的行星上。幸好，隨著M型恒星逐漸衰老，紫外線的強度將會減弱(甚至可能比太陽發出的還弱)，那時，行星上的生命體便無需臭氧層的保護，它們即使不釋放氧氣，也可以安全地呆在陸地表面。

    總之，天文學家必須根據恒星的年齡和類型，考慮以下4種情況：

    厭氧海洋生物。恒星可以是任何類型，但都處于幼年期。生物不一定會產生氧氣；大氣的主要成分可能是甲烷等氣體。

    需氧海洋生物。恒星可以是任何類型，但都處于老年期。它已度過漫長歲月，產氧光合生物已進化出來，大氣中的氧氣開始積累。

    需氧陸生生物。恒星處于成熟期，類型不限。植物廣泛分布在行星上，地球正處于這一時期。

    厭氧陸生生物。恒星屬于M型，已進入寧靜期，紫外線輻射忽略不計。植物覆蓋行星表面，卻可能不產生氧氣。

    對于上述4種情況，光合作用的生物標記顯然是不同的。從地球衛星圖像來看，海洋生物的分布太稀疏，望遠鏡很難發現，因此其他行星上的海洋生物不會產生明顯的色素型生物標記，只能通過影響大氣組成來暗示它們的存在。鑒于此，研究外星植物顏色的科學家們要把主要精力集中在陸地上，比如在F、G和K型恒星周圍的行星表面尋找產氧光合生物，或在M型恒星周圍的行星上尋找產氧或厭氧光合生物。