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每个人可能都想过这些大问题：我们在宇宙中是孤独的吗？我们从哪里来？人类将走向何方？在过去的几个世纪里，这些都是哲学家喜欢思考的问题。但随着技术进步，如今这些问题已经进入了自然科学的范畴，因为我们逐渐可以用客观的数据代替哲学的沉思，从而对这些问题做出有效的评估。这个科学领域就是本书所讲的天体生物学，它囊括了上述古老问题，主要研究宇宙中生命的起源与可能的多样性。
总的来说，天体生物学研究包含四大支柱方向。第一个是地球上生命的起源与演化。迄今为止，地球生命仍然是我们认识生命的唯一实例，而且关于生命的诸多谜团仍待解决，包括生命是如何起源的。第二个是搜寻太阳系中的其他生命。比如，我们的邻居火星和金星上是否存在过生命？抑或是，外太阳系中冰卫星的冰下海洋里有生命存在吗？第三个是对太阳系外围绕着其他恒星运行的行星，即系外行星的研究。当前，我们认识到，银河系中大多数恒星都拥有至少一颗围绕它运行的行星。其中，有不少系外行星的运行轨道处于其恒星的宜居带中，适宜表面存在液态水。最后，天体生物学的第四个支柱方向是对宇宙中其他智慧甚至技术生命的搜寻。在未来的某一天，我们有可能在宇宙中其他地方找到所谓的“技术标志物”，即技术文明显著改变环境的证据吗？
像世界上其他优秀文明一样，中华民族自古以来一直着迷于探索宇宙的本质。例如，东汉博学多才的天文学家张衡（78—139，以发明地动仪而闻名）已经提出了宇宙的无边界性。大约一千年后，宋元之际的思想家邓牧（1247—1306）在其作品中也推断，无穷的宇宙中应该存在众多人类居住的世界。20世纪50年代，人类进入太空时代，发射了许多人造航天器，对太阳系中的行星和卫星进行了持续的探索。与此同时，超大口径的地面望远镜和空间望远镜正在观察类太阳恒星周围地球大小的行星，识别其大气中是否含有潜在生物圈产生的气体。随着探测器和信号处理技术的不断进步，人们重新燃起了对于寻找技术标志物的兴趣。在自然条件下，细胞生命的起源与演化可能可以产生人等由有机物组成的智慧生命。不同于自然演化过程，人类正在创造拥有人工智能和自主能动性的先进机器人，并且相较于它们的创造者，这些机器人可以存在于更严苛的行星环境中，包括一些没有大气的天然卫星。因此，对于潜在地外技术标志物的搜寻可能不仅限于传统的宜居行星。
但是我们依然好奇，在仰望夜空时，我们面对的究竟是一个了无生机的、受控于已知物理与化学规律的宇宙，还是一个拥有众多居住着奇妙地外生命的行星（也许还有卫星）的喧闹大观园，只不过我们现有的探测技术还无法观测到这些生命的存在？也许，宇宙中的某个角落也存在具有意识，甚至已社会化的生物？对于这些问题，天体生物学家们孜孜不倦，希望在本世纪找到答案。正是在这种背景下，我很高兴这本书可以和占世界人口近六分之一的中国朋友见面。亲爱的读者，我希望你们通过阅读此书，可以领略天体生物学这一年轻但蓬勃发展的学科，跟我一起享受思考生命的本质及其宇宙意义等问题的非凡乐趣！
戴维·C.卡特林
美国西雅图
2024年11月