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2017-08-01尋找其他的海洋世界
572 期
Author 作者
陳文屏／中央大學天文所教授。
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；而水是滋養生命的要素之一，有生命的地方就需水，地球生命誕生於海洋。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，是寒帶區域生活上容易域上的煩惱，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。……【更多內容請閱讀科學月刊第572期】