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尋找其他的海洋世界 陳文屏（中央大學天文所） 如果用一個字代表地球 ，那絕對非「水」莫屬，無論地表、大氣、甚至地 下土壤，到處都是水；水是滋養生命的要素，地球生命從海洋發源，而有 水的外星世界就有生命的可能。到底水是什麼東西，對於生活與生命有何 影響，太陽系中除了地球，其他天體是否也有水存在而能讓生命發展呢？ 水的重要性 人類生命三要素是陽光、空氣、水。其中陽光是能量來源，在地球上植物行光合作用，吸 收光能而產生葡萄糖儲存起來。空氣中的氧氣則將我們吃進的食物「燃燒」，但是如果有替 代能源或其他取得能源的方式時，陽光與空氣並非無可取代，海洋深處即使終年不見天 日，有些生物能利用海底熱泉取得能量，另有些厭氧生物在有氧的環境下反而無法生存。 只有水才是地球生物的關鍵要素。我們的生命活動仰賴液態化學反應，這比固態反應 快，比氣態反應穩定。例如糖融化在水裡，很快變成糖水，但如果在冰窖中把糖和冰塊放 在一起，反應則會慢得多；而如果把兩者氣化，則不易受侷限，讓反應進行。生物以細胞 膜等方式限制了液體的空間，讓反應順利進行。基於固態或氣態的生命型態並非不可能， 例如機器人廣義來說也有生老病死，就是使用電能而以晶片形式互動。但整體而言，液態 化學是地球生物的基石，在宇宙其他地方依此方式發展出生命的機率應該也高些。 水擁有很多特殊的性質。一般物質在固體狀態都比較緊密，但是水結成冰以後反而密 度變低，而能夠浮在水面。這使得冬天氣溫降到冰點以下，冰膨脹而造成水管破裂，是寒 帶區域生活上很煩惱的事情，但在原始環境中，即使氣溫遠低於冰點，在冰層以下仍可能 存在液態水，而維持生命活動。 物質都有液態，只是溫度與氣壓條件不同。生命所需的液態物質不一定非水不可，但 是水還有很多特點，成為生命所需的首選。首先水由宇宙中主要元素氫、氧組成，含量豐 富而穩定，太空中水分子不虞匱乏。作為溶劑的液體促進傳遞養分、排除廢物的生命活動 的功能。對於生命來說，好的溶劑應該具備寬廣的液態溫度範圍，同時有良好調節環境溫 度的能力。表一比較水、阿摩尼亞與甲醇（也就是工業酒精）的一些性質。可以看出，在 常溫下雖然甲醇具有較大的液態溫度範圍，但是水的熱容量（升高攝氏1 度所需要的能 量）與汽化熱（轉變成氣態所需的能量）大得多，更能夠緩衝環境溫度的變化，整體而言 水具有較優越的性質。 水的其他優點包括其為已知液體中具最強的表面張力，平常看到水滴在桌上形成拱 型，酒精就比較不明顯。這個性質使得在細胞出現以前，有機化合物依賴水的表面張力得 以聚集、彼此反應，並與其他物質分界。水也是絕佳溶劑，容易攜帶分子，又有良好抗紫 外輻射的能力，這都讓水成為生命發展的優勢物質。地球生命最先就是在海洋中形成，也 是為什麼在別的天體尋找可能生命的第一步就是找水。對於適合人類太空旅行，地面水不 但提供民生所需，水也可以分解出氫與氧，以供燃料與呼吸。 （左）水的表面張力比（右）酒精來得大 /wp-content/uploads/Drops.png 溶劑 水（H O） 阿摩尼亞（NH ） 甲醇（CH OH ） 2 3 3 液態溫度 （℃） 0 ～100 −78 ～− 33 −94 ～+ 65 溫度範圍 （℃） 100 45 159 比熱 （kJ/kg ℃ ） 4.2 4.7 2.1 汽化熱 （kJ/kg） 2257 1369 1100 地球的海洋 恆星溫度高，自然沒有液態水，而行星或衛星要有液態水，就不能離恆星太遠（結冰）或 太近（蒸發）。地球距離太陽距離恰當，加上有足夠大氣壓，地表因此能維持液態水。 我們對於一望無際的汪洋並不陌生，但對於地球海洋的成因至今仍然未解。地表有71 ％的面積被海洋覆蓋，而因海水散射陽光，造成從太空