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地球真有我们想象得那么特殊吗?
  • 内容来源:本站原创
  • 网站编辑:Viola
  • 发布时间:2015.09.10
导语:是哪些因素使得地球适宜生命生存?看完可不要吃惊哦。
 
地球真有我们想象得那么特殊吗?
今年夏天,深空气候观测卫星(DSCOVR)拍摄到了这张地球的迎光面。这颗漂亮的蓝色星球虽然适宜生命生存,但它或许并没有那么特殊。
摄影:美国宇航局
 
撰文:Maya Wei-Haas
 
  或许地球并没有那么特殊。“我们本可以轻松地站在金星上进行这次谈话的。”研究行星形成的地质学家Mark Jellinek说道。
 
  我想象自己站在金星由温室气体构成的厚厚大气层下,尘土飞扬的星球表面让人酷热难当。那里的高温连铅都能够融化。当然,人们常常认为金星和地球是最为类似的行星:体积、组成以及与太阳的距离都差不太多。不过,“轻松”这个词似乎稍嫌夸张。
 
  也许没那么夸张。赖斯大学的行星科学家Adrian Lenardic在最新研究中表示,如果我们重启太阳系形成时的那次“实验”,似乎只需对早期环境(例如内热、气候和含水量)稍作改变,就将完全改变行星的历史。
 
  或许让历史重演一次,有生命存在的星球就变成了金星而不是地球,或者两个星球上都没有生命存在。毕竟科学家如今已经认识到,我们之所以拥有如此温和的气候,并非仅仅是由于地球环绕太阳公转的绝佳距离。我们不能忽视地球的历史:“它是如何到达现在的位置,如何形成,如何随着时间而演化。”Lenardic解释道。
 
  英属哥伦比亚大学的Jellinek在《自然地球科学》期刊上表示,地球的转折点可能是一段遭受陨石猛烈撞击的时期。这些撞击有助于去除地球表面能够产生热量的放射性元素,使地球冷却,同时启动地球内部的“温度调节器”,也就是我们所说的板块构造体系。
 
  宜居性也不是永远不变的。
 
  在火星上发现的河道及干枯的湖床表明,这颗如今满是灰尘的行星很久以前曾经富含水分。也许,那些水中曾经就有生命存在。谁知道呢?“或许金星曾经在很长一段时间内非常宜居。”Lenardic说道。
 
  那么,关于宜居行星的最新“配方”是什么呢?答案或许会让你大吃一惊。
 
地球真有我们想象得那么特殊吗?
金星在体积以及与太阳的距离上和地球相当,使其成为了与地球最相似的行星。但和我们地球不同,金星表面温度高达470摄氏度。
摄影:美国宇航局
 
大小距离要适当
 
  科学家长期以来一直认为,要想拥有类似地球这样的动植物组成,行星必须位于宜居地带,也就是与恒星距离适当的“金凤花区域”。位于该区域的行星气候温暖,拥有流动的液态水。
 
  “从某种程度上来说,没人对此持有异议。”Lenardic说道。这个逻辑非常直观:行星距离炽热的恒星过近,就会被烧成灰烬;距离太远的话,又会变成冰冻星球。
 
  但事实要更为复杂。例如:宜居地带应该距离恒星多远?这取决于恒星的温度。
 
  其次是行星大小的问题。Cowan表示,体积太小的话,大气就会逃离重力的束缚,逸散到太空中;体积太大的话,大气层又会变得太厚和“膨胀”,可能成为海王星和天文星那样的冰冻巨行星。
 
  美国宇航局的开普勒望远镜发射于2009年,目标是寻找宜居星球。麦吉尔大学的行星科学家Nick Cowan称,来自开普勒望远镜的发现表明,半径在地球1.5倍以内的行星可能是宜居的。
 
  在开普勒望远镜确认的1030颗行星中,只有极少数同时符合大小与距离的金凤花标准,Kepler 452b可能是其中与地球最为相似的。
 
  但仅仅符合这些特性并不一定宜居。越来越多的科学家相信,宜居星球的条件要复杂得多。
 
地球真有我们想象得那么特殊吗?
Kepler 186f是第一颗被确认位于宜居地带的行星。据专家称,该行星体积仅为地球的1.1倍,表面可能存在液态水。
插图:美国宇航局
 
完美的地壳
 
  地球的外表面是会变化的:它会在地球内部地幔对流的驱使下挤压和拉伸。在地质历史上的某个时期(具体时间段颇受争议),这种拉锯战将地球表面变成了一系列碎裂的板块。
 
  但这些板块为何会与地球的宜居性有关呢?因为它们是地球温度调节器的一部分。Cowan表示,板块的碰撞会引起火山喷发,从而让必需的温室气体通过“打嗝”进入大气中。当地球因此而变得“怒气冲冲”时,板块碰撞还会将多余的气体重新埋入地底深处。
 
  Jellinek表示,地球是唯一拥有板块构造活动的行星,这正是我们与众不同的地方。
 
  宾州大学的行星科学家James Kasting称,最近的计算机模拟显示,哪怕是在火星,只要天空中拥有比例适当的大气,那么活跃的板块构造体系将会使这个行星的表面变得非常宜居。Kasting对现代宜居地带理论做出过贡献。
 
天时地利
 
  不过,最初是什么导致了板块的运动呢?它是天时地利共同作用的结果。
 
  当行星最初从一团正在冷凝的尘埃云中成形时,一方面是熔化的内核在散发高温,另一方面则是表面的放射性元素在辐射热量。行星表面在炽热状态下会弯曲和流动。不过正如冰箱里的巧克力棒一样,行星会随着温度冷却而变得坚硬,直到因为又冷又硬硌得你牙疼。
 
  Jellinek认为,地球最终达到了一种合适的温度,冷却到足够让地壳断裂成板块。这是由于初生地球在刚刚形成后的2000万到3000万年期间经历过一场猛烈的陨石雨,从而将表面部分能够产生热量的放射性元素去除掉了。
 
  他表示,金星也许是因为温度过高而导致的一个例子。与地球上精密的板块构造不同,金星的表面温度又高又“黏软”,无法断裂成板块。Jellinek称,金星最终因为温度积聚过高“导致自身表面塌陷”,灾难性的火山活动随之而来,使得这颗星球变成温室状态。
 
  不过,如果当初陨石雨的目标是金星而不是地球的话,是否会改变我们所知的生命史呢?Jellinek表示这是有可能的,但并非所有科学家都对此表示认同。Kasting认为,作为我们邻居的金星距离太阳太近,上面不可能存在液态水。
 
  又小又寒冷的火星则是另一个极端:它的表面从未断裂过。
 
  在考虑各种状况时,我们不能将目光只停留在表面上。地球内部的对流推动着板块运动。所以,如果行星的矿物质密度太高的话,“它们就会妨碍地幔对流,使其减速”,俄亥俄州立大学的研究生Cayman Unterborn说道。
 
  还记得钻石行星吗?Unterborn表示,对流甚至无法在那种密度的碳物质中展开。
 
测试宜居条件
 
  对于宜居性而言,这些因素哪种最重要?这很难说。
 
  关于生命宜居条件最麻烦的问题在于缺乏可以研究的“地球双胞胎”。“你是在针对太阳系进行测试,并且假设结果能放之宇宙而皆准。”Lenardic说道。
 
  直到美国宇航局2009年发射开普勒望远镜寻找宜居星球之前,科学家都是将我们的太阳系假设成其他世界的标准模板。
 
  “结果发现,我们的太阳系才是个怪胎。”Cowan说道,“我们最终或许会发现,基于地球所作出的某些发现未必真实。”
 
  例如,人们曾普遍认为,地球磁场对于保留大气层是有帮助的。尽管它或许有助于帮我们阻挡太阳风和耀斑,但它对于宜居性而言真的很重要吗?Jellinek和Lenardic认为这种理论缺乏证据。
 
  答案就在众星云集的星系之中。
 
  一个充满全新可能性的世界即将来临。美国宇航局的詹姆斯•韦伯太空望远镜将于2018年发射,但Cowen表示,即便是如此先进的望远镜要想搜寻距离地球十光年的地方都会受到限制。
 
  Cowen称,要想真正获得具体细节,我们需要借助于“下下一代”的太空望远镜,例如高清太空望远镜(HDST)、大型紫外线和红外线勘测器(LUVOIR),以及先进技术大孔径太空望远镜(ATLAST)。这些巨型望远镜宽度与五辆互相衔接的巴士相当,能够窥视到距离我们更加遥远的地球双胞胎候选者,甚至能大致绘制出这些行星表面的云团、大陆和海洋。
 
  尽管它们不大可能在2030年之前发射,但这些可能性仍然让人心痒难耐。
 
(译者:红心之王)
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