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新知 | 金星是曾经的地球,火星是未来的地球?
2020/10/20 21:26  新华报业网  

  交汇点讯 宇宙浩如烟海,茫茫无际,类似地球的行星可以说是以万亿计。仅在太阳系,就有金星和火星两颗星球和地球一样位于宜居带,但令人惊奇的是,只有地球诞生了生命,并且进化出了人类。

  天文学家告诉《科技周刊》记者,地球成为太阳系唯一有生命的星球,原因在于它的“天时地利人和”,恰巧的大气、水和磁场环境,使我们成为浩渺宇宙的幸运儿。

  图片来源:视觉中国

  金星和火星为什么不宜居?

  “宜居带”也叫“可居住区域”。对于任何动物、植物、以至于微生物来说,都会有一个最合适其生存的地带。在太阳系,这个地带位于金星、地球、火星这三颗行星之间。

  如何理解太阳系宜居带?江苏省天文学会科技传播专家刘慧根解释,把恒星比喻成一个发光发热的物体——火堆,人如果靠得太近就会被灼伤,靠得太远就会感觉到寒冷,靠得适中才会感觉舒适。太阳系内的其他六大行星,要么太近,要么太远,比如水星距离太阳最近,白天表面温度达到427摄氏度,再如木星和土星距离太阳太远,表面温度都在零下100摄氏度,生命无法生存。

  “合适的温度下才可能存在液态水,从人类发射探测器获得的结果来看,金星和火星表面上都曾经存在过液态水,因此一般认为太阳系宜居带为金星到火星的范围。”刘慧根说,宜居带的必要条件离不开液态水,而地球表面大部分被海洋覆盖(达到71%),从地球经验来看,液态水(海洋)是生命的摇篮,行星上只要发现液态水的痕迹,就有可能孕育过生命,因此一个大胆的猜测是:金星和火星存在过液态水的痕迹,有可能曾经出现过生命。

  20世纪初,曾有人认为火星和金星是人类生活的可能之地。但随着人类探测技术的发展,这个可能被否定。金星的大气中96%为二氧化碳,虽然不是离太阳最近,但由于其温室效应,表面温度可达480摄氏度,空气中经常落下毁灭性的硫酸雨,特大风暴比地球上的12级台风还要猛烈数倍。至于火星,在这颗红色的行星上生活就像住在两倍于珠穆朗玛峰的高度上。火星的大气压力只有地球的1%;无论白天还是夜晚,温度都在0摄氏度以下。

  “虽然同样位于宜居带,但是金星和火星的温度、大气、水环境使人类无法生存,只有地球进化出生命的绿洲。”刘慧根介绍,首先地球拥有合适的大气。众所周知,从人类宜居的角度来看,大气中的氧气必不可少。“金星同样拥有大气,但是金星中大气都是还原性气体,几乎没有氧气。地球上生命的起源和演化认为,地球产生的低级生命主要是细菌,大多应该是厌氧细菌,在它们生存的过程中会排出氧气到地球大气中,再如植物的光合作用,它们可以吸入二氧化碳排出氧气。不要小看这些排出的氧气,随着时间的推移,足够改造行星的大气,进而为人类这样的智能生命的产生创造条件。”总之,炙热、气态的行星表面都难以驻留生命,而地球的表面出现了合适的大气、还有磁场、适宜的温度、液态水等各种因素的保障,为生命提供了一个完美的栖息场所。

  月球和地球的位置相同,但“命运”不一

  数据统计,近百年来,人类发射的火星探测器数量要高于金星,人类更青睐于火星的缘由是什么?刘慧根说,“一开始科学家对金星和火星都发射过探测器,但金星表面环境太过恶劣,发射成功率非常低。比较而言,科学家更倾向于去探测环境没那么恶劣的火星,到目前也发射了不少成功的火星探测器,中国的天问一号也在旅途中,到了明年年初或许能解开属于我们国人的火星神秘面纱。

  地球和月球同样距离太阳相同的位置,为何月球上没有诞生生命?刘慧根解释,月球本身它没有大气,导致太阳光照面和昼夜的温差非常大,生命很难存活。即使月球曾有过大气,由于缺乏磁场保护和月球的低重力,大气很难维持。月球没有大气,缺乏液态水,也就没有孕育生命的温床,加上月球常年遭受陨石的撞击,在其表面形成了很多大大小小的陨石坑,陨石的坠落带来不稳定的生存环境,因此月球是不太“宜居”的。

  有说法认为,金星是曾经的地球,火星是未来的地球。对此,刘慧根表示,地球的早期环境确实和现在的金星类似,地球刚开始形成的时候,由于遭遇很多天体的碰撞,地球表面温度会比现在高的多,到处是岩浆的海洋。“小行星和彗星等天体的撞击导致了地球地壳破裂,高温让水合物中的水分彻底蒸发成水汽进入了大气,长达数百万年的时间里,大量水汽充斥天空,地面则是连续不断的火山喷发和小行星撞击,这样的地球简直就是末日,地面温度高达数百度,和现在的金星类似。”

  出现“火星是未来的地球”这种说法在于火星或许曾经存在磁场,但是由于各种原因,火星内部活动减弱,无法维持火星磁场,如今磁场已经基本消失,人们担心地球会重蹈火星的覆辙,丢掉保护地球的磁场。“火星内核早已冷却,无法支持全球的偶极磁场,因此从数十亿年前开始,太阳风就在不断剥离火星的大气,直到现在火星仅有稀薄的大气层,成分以二氧化碳为主。”刘慧根说,磁场能抵抗外来的高能粒子辐射,阻挡紫外线,防止水的流失。磁场消失后,火星的大气变得非常稀薄,火星也就不再宜居,假如数十亿年后地球内核冷却磁场消失,或许也会变得像火星一样失去大气,我们也就失去了保护生命的重要屏障。

  木星曾是地球宜居的保护神

  从太阳系九大行星的位置来看,离地球不远的位置上还有一颗木星,虽然不在宜居带,但是木星也为地球宜居创造了条件。“木星虽然不宜居,但是太阳系演化的早期,它帮助清空了内太阳系大量的小天体,让地球轨道附近变得相对空旷,大大降低了小天体撞击地球的概率。”刘慧根说,大家都知道恐龙的灭绝大概率是因为一颗小行星的撞击,小天体的碰撞对地球上的生命有潜在威胁。

  当然,遭受小天体的撞击也不是一无是处,有部分假说认为地球生命来源于小天体撞击地球。“有一种可能是小天体上携带氨基酸,蛋白质甚至微生物,这些生命体恰巧遇到地球合适的环境,并逐渐繁衍。”还有一种假设认为,小天体撞击地球后引起火山爆发等地质运动,把地球内部的一些磷、氮元素释放出来,这些元素对于生命的形成都至关重要。

  刘慧根认为,木星的存在是一把双刃剑。“太阳系形成的早期,木星确实帮助地球清空了很多小天体,给地球创造了良好的生存环境。但目前来看,即地球产生生命之后,太阳系的小天体会也会受到木星的扰动,靠近地球轨道,对地球产生威胁。木星和地球宜居性的关系也是暧昧不清,让科学家感觉又爱又恨。”

  畅想未来,或许数亿年后地球不再适合人类居住,同样位于宜居带的金星和火星是否成为下一个选择?刘慧根说,移居火星和金星在科幻作品中很常见,但是要改造金星和火星的大气需要的能量和时间是巨大的,这是一个漫长的过程,不可能一蹴而就,可能需要好几十代人的努力。但是人类只要有愿景有期望,充分发挥主观能动性,行星改造也是有可能的。还需要很多技术突破和资金支撑,需要全球人民团结协作共建人类命运共同体。

  不过人类不用过于担心地球的命运,地球目前仍位于宜居带,只要不发生小天体撞击地球等小概率偶然性事件,地球的生命周期至少还有50亿年,在这漫长的历史长河里,人类或许能够突破现有科技,实现星际旅行和移居。

  交汇点记者 张宣

  视觉中国供图

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责编:顾志铭

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