引言：探索未知的永恒追求
人类的好奇心从未止步于已知的边界。从浩瀚的宇宙到深邃的海洋，我们始终在追问：我们从哪里来？生命如何起源？在那些未被照亮的角落，是否隐藏着颠覆认知的奇迹？CCTV《探索·发现》栏目作为中国最具影响力的科普纪录片平台之一，长期致力于用影像记录科学发现，用严谨的叙事揭开自然界的神秘面纱。本期百科将带您穿越时空，从宇宙大爆炸的奇点出发，潜入马里亚纳海沟的黑暗深渊，系统梳理科学界对宇宙起源与深海未知生物的最新认知，同时揭示这些探索背后激动人心的科学故事。
第一部分：宇宙起源——从大爆炸到星系的诞生
1.1 宇宙大爆炸理论：一切的起点
现代宇宙学的基石是大爆炸理论（Big Bang Theory）。该理论认为，我们的宇宙诞生于约138亿年前的一个极高温度、极高密度的“奇点”。在那一刻，空间和时间本身开始膨胀，物质与能量随之扩散，逐渐演化成我们今天所见的宇宙。
关键证据：
- 宇宙微波背景辐射（CMB）：1964年，彭齐亚斯和威尔逊意外发现了来自宇宙各个方向的微弱辐射，这正是大爆炸后约38万年时，宇宙冷却到足以让电子与质子结合成中性原子时留下的“余温”。CMB的温度约为2.7K，其微小的温度涨落（各向异性）为宇宙早期结构的形成提供了种子。
- 哈勃红移：1929年，哈勃发现几乎所有星系的光谱都在向红端移动，且距离越远，红移越大。这表明宇宙正在膨胀，反向推导即可得到大爆炸的起点。
- 轻元素丰度：大爆炸核合成（BBN）理论预测的氢、氦、锂等轻元素的比例，与天文观测高度吻合。
1.2 暴胀理论：解决宇宙学疑难
尽管大爆炸理论取得了巨大成功，但它仍面临视界问题（为何宇宙不同方向温度如此均匀）和平坦性问题（为何宇宙空间几何如此接近平坦）等疑难。1980年代，物理学家阿兰·古斯等人提出暴胀理论（Inflation Theory），认为在大爆炸后的极短瞬间（约10⁻³⁶秒），宇宙经历了一次指数级膨胀，尺度瞬间增大了10²⁶倍以上。
暴胀如何解决疑难：
- 视界问题：暴胀前，整个可观测宇宙都处于一个极小的因果关联区域内，因此温度均匀。
- 平坦性问题：暴胀将任何初始曲率都“拉平”了，就像吹胀一个气球，表面看起来越来越平坦。
最新观测支持：普朗克卫星（Planck）精确测量了CMB的各向异性，其结果与暴胀模型的预测高度一致，但也对某些暴胀模型提出了挑战。
1.3 星系与结构的形成：从量子涨落到宇宙长城
宇宙在膨胀冷却后，物质分布并非完全均匀。微小的量子涨落在暴胀期间被放大，成为密度差异的种子。密度稍高的区域通过引力吸引更多物质，逐渐形成暗物质晕，进而捕获普通物质，点亮第一代恒星和星系。
关键过程：
- 再电离：第一代恒星（Population III）发出的强烈紫外辐射，将宇宙中的中性氢重新电离，这个过程大约在宇宙年龄5亿年时开始，持续了数亿年。
- 大尺度结构：通过斯隆数字巡天（SDSS）等项目，我们看到星系在宇宙中呈纤维状分布，形成巨大的“宇宙长城”和空洞，这正是早期密度涨落演化的结果。
1.4 暗物质与暗能量：宇宙的未知成分
尽管我们对宇宙的起源有了框架性认识，但宇宙的组成成分仍然是个谜。观测表明，我们熟悉的普通物质（原子）只占宇宙总质能的约5%，其余是：
- 暗物质（约27%）：不发光、不吸收光，只通过引力效应影响星系旋转速度、引力透镜等。目前主流候选者是弱相互作用大质量粒子（WIMP），但尚未直接探测到。
- 暗能量（约68%）：一种导致宇宙加速膨胀的神秘能量形式。其本质可能是爱因斯坦的宇宙学常数，也可能是某种动态的“精质”（Quintessence）。
最新研究：大型地下实验如中国锦屏地下实验室的PandaX实验，正试图直接探测暗物质粒子。而暗能量巡天项目（DES）则通过观测超新星和星系分布，试图揭示暗能量的性质。
第二部分：深海未知生物——黑暗深渊中的生命奇迹
2.1 深海环境：极端条件下的生命挑战
地球表面70%被海洋覆盖，但其中95%的体积是深海（深度>200米）。深海环境具有以下极端特征：
- 高压：每下降10米增加1个大气压，马里亚纳海沟底部压力超过1100个大气压，相当于一辆坦克压在你的拇指上。
- 黑暗：200米以下阳光无法穿透，1000米以下完全黑暗，只能依靠生物发光。
- 低温：大部分深海温度在0-4°C，但热液喷口附近可达400°C。
- 食物匮乏：表层光合作用产生的有机物沉降有限，能量来源极其稀缺。
2.2 深海生物的生存策略
在如此极端的环境中，深海生物进化出了令人惊叹的适应机制：
1. 压力适应：
- 蛋白质结构：深海生物的蛋白质具有特殊的氨基酸序列和结构，能在高压下保持稳定。
- 细胞膜：含有更多不饱和脂肪酸，保持流动性。 2018年，科学家在马里亚纳海沟8000米深处发现了一种狮子鱼（Pseudoliparis swirei），其骨骼柔软、肌肉松弛，体内充满凝胶状物质以平衡内外压力。
2. 能量获取：
- 化学合成：在热液喷口和冷泉，细菌利用硫化氢、甲烷等化学物质合成有机物，支撑起整个生态系统。例如，巨型管虫（Riftia pachyptila）没有口和消化道，完全依赖体内共生的化能合成细菌。
- 食腐与滤食：大部分深海生物依赖从上层沉降的“海雪”（有机碎屑）。例如，深海海绵通过过滤海水获取食物。
3. 生物发光： 约90%的深海生物能发光，用途包括诱捕猎物、迷惑天敌、个体识别等。例如，鮟鱇鱼用发光的“钓竿”吸引小鱼；萤火鱿（Watasenia scintillans）能发出蓝光，在日本富山湾形成梦幻的“蓝眼泪”奇观。
2.3 令人震惊的深海发现
CCTV《探索·发现》曾多次报道中国及国际深海科考的突破性发现：
案例1：马里亚纳海沟的“狮子鱼” 2014年，中国“蛟龙号”载人潜水器在马里亚纳海沟7000米深处发现了一种前所未见的狮子鱼。这种鱼身体透明、骨骼退化，体内含有特殊的抗氧化酶以抵抗高压产生的自由基。这是人类首次在如此深度发现鱼类，证明了脊椎动物在极端压力下的生存极限。
案例2：热液喷口的“失落之城” 在大西洋中脊，科学家发现了一个名为“失落之城”（Lost City）的热液喷口系统。这里的碱性热液（pH值9-11）形成了高达60米的碳酸盐烟囱，温度仅40-90°C，却孕育了独特的微生物群落。这些微生物可能利用氢气和甲烷进行产甲烷作用，这被认为是地球早期生命起源的可能模型之一。
案例3：深海塑料微粒与新型微生物 2019年，中国科学院深海所在马里亚纳海沟底层海水中发现了塑料微粒，令人震惊的是，这些微粒上附着了新型微生物。研究发现，这些微生物能降解某些塑料成分，为解决海洋塑料污染提供了新思路。
2.4 深海探索技术：照亮黑暗的利器
探索深海离不开先进的技术装备：
1. 载人潜水器：
- 中国“蛟龙号”：最大下潜深度7062米，作业深度达7000米，具备精确悬停定位能力，可在海底“飞行”拍摄。
- 美国“阿尔文号”：服役超过50年，下潜深度4500米，是发现热液喷口的功勋潜水器。
- 中国“奋斗者号”：2020年成功坐底马里亚纳海沟，深度10909米，创下中国载人深潜新纪录。
2. 遥控潜水器（ROV）与自主潜水器（AUV）： ROV通过缆绳与母船连接，可长时间作业；AUV则可自主规划路径，进行大范围海底测绘。例如，中国“海龙号”ROV曾在3000米级海底成功采集生物样品。
3. 深海相机与传感器： 特殊的耐压相机和LED照明系统，能在完全黑暗的环境下拍摄高清视频。例如，深海着陆器（Lander）可携带相机在海底长期驻留，自动拍摄生物活动。
第三部分：宇宙与深海的交集——生命起源的启示
3.1 地外生命探索：从深海到宇宙
深海热液喷口理论不仅解释了地球生命的起源，也为寻找地外生命提供了方向。科学家认为，木卫二（Europa）和土卫二（Enceladus）的冰下海洋可能存在类似热液喷口的环境，孕育着生命。
木卫二探测计划： NASA的“欧罗巴快船”（Europa Clipper）计划于2024年发射，将携带磁强计、冰穿透雷达等设备，探测木卫二的海洋深度、盐度和可能的热液活动。
3.2 宇宙中的水与生命元素
宇宙起源研究发现，水（H₂O）在宇宙中普遍存在。从彗星到系外行星，水的存在是寻找“第二地球”的关键指标。深海极端环境生命的存在，证明了生命可以在没有阳光、高压低温的条件下生存，这大大扩展了宜居带的定义。
第四部分：CCTV《探索·发现》的贡献与展望
4.1 经典纪录片回顾
CCTV《探索·发现》制作了多部关于宇宙和深海的精品纪录片，如：
- 《宇宙与人》：用CG技术生动再现大爆炸、恒星演化等过程。
- 《深海探奇》：跟随“蛟龙号”下潜，记录马里亚纳海沟的生物奇观。
- 《地球的故事》：探讨地球形成、生命起源与深海热液喷口的关系。
这些纪录片不仅普及了科学知识，更激发了公众对科学探索的热情。
4.2 未来展望
随着中国空间站“天宫”开展宇宙起源相关实验，以及“奋斗者号”持续挑战深海极限，我们正站在揭开更多宇宙和深海奥秘的门槛上。未来，詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）将观测宇宙第一代星系，全海深无人潜水器将实现对11000米以深海域的常态化探测。CCTV《探索·发现》将继续用镜头记录这些激动人心的时刻，让公众与科学家共同见证人类认知边界的拓展。
结语：永无止境的探索
从宇宙大爆炸的奇点到马里亚纳海沟的黑暗，从量子涨落到生物发光，科学探索不断重塑我们对世界的认知。CCTV《探索·发现》百科提醒我们：每一次深潜、每一次仰望，都是对人类智慧与勇气的礼赞。在这个充满未知的宇宙中，唯有保持好奇与谦卑，才能不断揭开那层神秘的面纱，找到我们在这个浩瀚世界中的位置。