我(wo)们(men)过去经常(chang)会问(wen)地球(qiu)(qiu)是宇宙中最适(shi)合(he)人类居(ju)住的行星(xing)吗?无论走到(dao)哪里(li),我(wo)们(men)永远找(zhao)不到(dao)比地球(qiu)(qiu)更好(hao)的生命之家。当然,那(nei)是因为我(wo)们(men)以及所(suo)有其(qi)他地球(qiu)(qiu)生命都是在这种环(huan)境下进化的。进化使(shi)我(wo)们(men)适(shi)应了这个星(xing)球(qiu)(qiu),所(suo)以我(wo)们(men)不可能再找(zhao)到(dao)另一个完全(quan)适(shi)合(he)我(wo)们(men)的星(xing)球(qiu)(qiu)。

但(dan)是,这是最好的星(xing)球吗?宇(yu)宙中是否(fou)有地方可能有更多生命(ming)多样化的环境?

地球上产(chan)生(sheng)生(sheng)命(ming)的(de)事实真是令(ling)人惊讶。我们位(wei)于(yu)主序恒(heng)星的(de)可居住区域,该恒(heng)星不会产(chan)生(sheng)太多致命(ming)的(de)太阳耀斑。

我们的(de)(de)空气(qi)充满了氧(yang)气(qi)和氮(dan)气(qi),可以呼吸。行(xing)星足够大,以至于(yu)其核心仍然处于(yu)融化(hua)的(de)(de)状态,并带有(you)一个(ge)旋转的(de)(de)铁(tie)核,该(gai)铁(tie)核保(bao)持了地(di)球(qiu)(qiu)磁场的(de)(de)存在。再加上浓厚的(de)(de)大气(qi)层,可以保(bao)护地(di)球(qiu)(qiu)表(biao)面免(mian)受宇宙射(she)(she)线(xian),太阳最强(qiang)的(de)(de)紫(zi)外线(xian)辐射(she)(she)以及致命的(de)(de)太阳风暴的(de)(de)袭(xi)击。

麻省(sheng)理工(gong)学院的科(ke)学家说,空前的氧(yang)合(he)事(shi)件(jian)(GOE)早(zao)在23.3亿年前就(jiu)开(kai)始了,科(ke)学家认为这是氧(yang)在大气中(zhong)永久存在的开(kai)始。

我(wo)们(men)拥有板块构造(zao),可不(bu)断(duan)回收行(xing)星(xing)表面上(shang)的物质,并从其内部吐出新鲜(xian)的化学物质。 

我们(men)有(you)一个相对较大(da)的(de)(de)月亮,它(ta)可能使(shi)我们(men)的(de)(de)星(xing)球(qiu)在轴向倾斜时更稳定,潮汐帮助早期的(de)(de)生命形态(tai)从海洋(yang)过渡(du)到陆地。

我们拥有广(guang)阔的海洋,有助于调节地球的气候,将温暖的水域转(zhuan)移到(dao)凉爽(shuang)的地区(qu),使它们变得更加多(duo)样化和宜居。

NASA洋流可视化。图(tu)片(pian)来(lai)源:NASA / SVS

地球形成生(sheng)命(ming)的关键(jian)因(yin)素清单还在继续,我敢(gan)肯定(ding)有(you)些因(yin)素我们(men)还没有(you)发现。

但是(shi)地球会更好吗?会有超级适合居住的行星(xing)吗? 

类地行星

如果说天文(wen)学领域让(rang)我们(men)认识到(dao)了一个(ge)客观(guan)事实,那就是(shi)我们(men)并不(bu)特(te)别(bie)。我们(men)不(bu)是(shi)太(tai)阳系的中心。这(zhei)(zhei)不(bu)是(shi)宇宙中的特(te)殊地方或时间。这(zhei)(zhei)可能意味着地球不(bu)是(shi)生活的最(zui)佳(jia)场所。这(zhei)(zhei)是(shi)人类的最(zui)佳(jia)去处,但(dan)不(bu)是(shi)生命。

根(gen)据(ju)2013年的(de)一篇论文,宾州(zhou)州(zhou)立(li)大学的(de)天(tian)体生(sheng)物学家Ravi Kumar Kopparapu和其他人根(gen)据(ju)现代气候数据(ju)计(ji)算出恒星宜(yi)居带(dai)边缘的(de)真实位置。他们计(ji)算出,一颗太(tai)阳(yang)般恒星周围的(de)宜(yi)居区域(yu)应介(jie)于地球到(dao)太(tai)阳(yang)距离的(de)0.99到(dao)1.7倍之间。

这意味着地球(qiu)实(shi)际上位于太(tai)阳宜(yi)居区域(yu)的内边缘,位置比(bi)较勉(mian)强。如果距(ju)离太(tai)阳更近,我们将经历像金星一样的温室效(xiao)应。

科学家对不同类型恒星周围(wei)可居住(zhu)区域(yu)的(de)插图

您(nin)可能希望更靠近可居住区(qu)域的(de)中(zhong)间(jian),在该(gai)区(qu)域,轨道(dao)变化不(bu)会将您(nin)的(de)星球推向极限。

地球相(xiang)对年轻。考虑到这(zhei)样一个事实,即(ji)地球仅存(cun)在了45亿(yi)年,并且仅计算出(chu)最近几亿(yi)年的多细胞生命。

太阳正在升温,因为我们离得很近,所以实际上我们只有几亿年,在温度升高和海洋蒸发之前最多只有十亿年。但是,如果生活可以再经历数十亿年的进化来创造出新的,更多样化的生活形式,那该怎么办呢?

您认(ren)为鸭嘴兽(shou)是(shi)不寻常的,只是(shi)想(xiang)像一下,如果再进化(hua)20亿(yi)年,您会得到(dao)什(shen)么。或(huo)200亿(yi)。

在(zai)2016年发表的(de)《 Superhabitable Worlds》一(yi)(yi)(yi)书中(zhong),Rene Heller和(he)John Armstrong 考察了可能成为最宜居星球的(de)条件。这是(shi)(shi)一(yi)(yi)(yi)篇(pian)可读性很强的(de)论文,其中(zhong)包(bao)含很多很棒的(de)想法(fa)(fa)。如果您是(shi)(shi)一(yi)(yi)(yi)位(wei)科幻小说作家(jia),正在(zai)寻找一(yi)(yi)(yi)些建立世界的(de)想法(fa)(fa),那么一(yi)(yi)(yi)定要检查(cha)一(yi)(yi)(yi)下(xia)。我将在(zai)展示(shi)笔记中(zhong)添加一(yi)(yi)(yi)个链接。


开普勒(le)太空望远(yuan)镜发现行(xing)星(xing)绕G,K和(he)M型(xing)恒(heng)星(xing)运(yun)行(xing)

他们提出,质(zhi)量比(bi)太(tai)阳低的(de)恒(heng)星(xing)(被归类为K恒(heng)星(xing))可能是多样性最佳的(de)候选(xuan)者,因为它们寿命长且相对稳定。一个K型恒(heng)星(xing)的(de)寿命将(jiang)在20-700亿(yi)年之间(jian),而没有那些令人讨厌的(de)红(hong)矮星(xing)巨(ju)星(xing)。

您(nin)可能希(xi)望星(xing)(xing)系(xi)中(zhong)的其(qi)他行(xing)星(xing)(xing)能够通(tong)过重力将小行(xing)星(xing)(xing)和彗(hui)星(xing)(xing)重新定向,以(yi)输送生(sheng)命(ming)所需的水和其(qi)他化(hua)学物质。谢谢你,木星(xing)(xing)。

理想(xiang)情况下,您希(xi)望在(zai)同一系(xi)统(tong)中有多(duo)个可居住的(de)行星,它们能(neng)够来回传递生(sheng)命(ming)。一种被称为泛精子症的(de)过程(cheng)。

在地球形成(cheng)后不久的艺术(shu)家插图

使您(nin)的(de)宜居星球成为天然气巨人(ren)的(de)月(yue)球,以获得强大(da)的(de)潮汐力,这将使新鲜(xian)的(de)火山物质喷发到地表。

更好的是,有一个双星(xing)行(xing)星(xing),两(liang)个世界彼此(ci)环(huan)绕,传(chuan)递潮(chao)汐力并来回交换生(sheng)命(ming)形态。

我们才刚刚开始!

使地球更(geng)(geng)大,您将获得更(geng)(geng)多(duo)的表面积用于(yu)水循环(huan)温度(du)(一秒钟(zhong)内会增加(jia)更(geng)(geng)多(duo)),但也会为生物提(ti)供(gong)更(geng)(geng)多(duo)的表面积以利用各种生态位。 

因此,我们正在(zai)(zai)谈(tan)论(lun)一(yi)个更(geng)大(da),更(geng)重的星球。一(yi)旦(dan)您获(huo)得(de)了地球质量(liang)的两倍,板块(kuai)构(gou)造便(bian)开始关闭,因此请尽(jin)量(liang)保持在(zai)(zai)该水平以下。

您还希望拥有一个足够(gou)大且内部温(wen)度足够(gou)高(gao)的(de)世界(jie),以使铁(tie)合金在其核心中移动,从而维持整个星球(qiu)的(de)磁层。 

地(di)(di)球内部(bu)和(he)周围的(de)(de)(de)磁场(chang)(chang)和(he)电(dian)流(liu)会产生复杂的(de)(de)(de)力,对(dui)日常生活产生不(bu)可估量的(de)(de)(de)影响(xiang)。可以认为该场(chang)(chang)是(shi)一(yi)个(ge)巨大的(de)(de)(de)气泡(pao),可以保(bao)护我们(men)免受宇宙辐射(she)和(he)带电(dian)粒(li)(li)子的(de)(de)(de)侵蚀(shi),而(er)这(zhei)些粒(li)(li)子会在太(tai)阳风(feng)中(zhong)轰击地(di)(di)球。它(ta)是(shi)由从太(tai)阳吹来(lai)的(de)(de)(de)粒(li)(li)子风(feng)(称为太(tai)阳风(feng))形成的(de)(de)(de),原因(yin)是(shi)它(ta)在“太(tai)阳侧”变(bian)平(ping)并扫成地(di)(di)球另一(yi)侧的(de)(de)(de)长尾巴。图片来(lai)源:ESA / ATG medialab

您(nin)可(ke)能担心(xin)地心(xin)引(yin)(yin)力,但(dan)是(shi)具有两倍于(yu)地球(qiu)质(zhi)量(liang)的(de)行星只(zhi)需要大(da)40%即(ji)可(ke)拥有大(da)约相同的(de)地心(xin)引(yin)(yin)力。 

在最近的(de)巴塞(sai)罗那会议上,芝(zhi)加哥(ge)大学的(de)斯蒂芬妮·奥尔森(Stephanie Olson)博(bo)士介绍了他们在寻(xun)找最能支持系外行星(xing)生命的(de)环境方(fang)面(mian)所做(zuo)的(de)工作。

他们(men)使(shi)用(yong)了NASA的ROCKE-3D通用(yong)循(xun)环模型工(gong)具。这是(shi)一(yi)个非常神奇的工(gong)具,可(ke)供公众免费使(shi)用(yong)。您可(ke)以(yi)访问该网站(zhan),然(ran)后(hou)查看从古代金星到环绕Proxima Centauri的行星在(zai)不同世界(jie)上的情况(kuang)如(ru)何。

您可以模拟它们的(de)气(qi)温,降(jiang)雨量(liang),土壤浓度等。

让(rang)我向您展示一些示例。这里(li)是(shi)工业(ye)化前的(de)地球(qiu),气温范(fan)围从赤(chi)道(dao)附近(jin)的(de)35摄氏度左右(you)到两极的(de)-60摄氏度以下(xia)。

工业(ye)化前地球的模拟

但是,您可以(yi)用古老的金星来代替地(di)球,这是地(di)球在29亿(yi)年前(qian)看起来太阳比(bi)现在暗20%的样(yang)子。不过,它仍(reng)然每243天旋转(zhuan)一次(ci),并且可能有一个(ge)浅海,其低地(di)跨越了310米的深度(du)。

模拟(ni)古代金(jin)星。图片来源:NASA / GISS

这(zhei)是一(yi)颗行(xing)星,它绕着最靠近太阳的红(hong)矮星Proxima Centauri旋转(zhuan)。由(you)于(yu)(yu)它绕着恒(heng)星如此(ci)紧密地绕行(xing),因此(ci)该行(xing)星可(ke)能(neng)处于(yu)(yu)潮汐锁定状态。一(yi)侧(ce)面向恒(heng)星,另一(yi)侧(ce)背对(dui)(dui)恒(heng)星,这(zhei)对(dui)(dui)空(kong)气温度产(chan)生了巨大(da)影响(xiang)。

潮汐(xi)锁定行星绕Proxima Centauri的模(mo)拟(ni)。图(tu)片来源(yuan):NASA / GISS

但是,如果行星确实发(fa)生共振旋(xuan)转,每2圈绕轴旋(xuan)转三圈,并(bing)且(qie)大气层与(yu)地(di)球的(de)氮(dan)和氧气氛大致(zhi)相符(fu),那么(me)您(nin)最终将拥有一个看起来更远(yuan)的(de)世界舒适地(di)生活。

奥(ao)尔森和她的(de)团队使(shi)用此软(ruan)件来模(mo)拟(ni)各种系外(wai)行星的(de)气候和海(hai)洋栖息地(di)(di)。在(zai)地(di)(di)球上(shang),生命(ming)的(de)多样性取决于海(hai)洋深处物质的(de)上(shang)升,并将(jiang)其返回到生命(ming)可(ke)以使(shi)用的(de)地(di)(di)表(biao)。

在加拉帕戈斯(si)群岛附(fu)近(jin)发现(xian)的(de)诸如前卫夜(ye)蛾,裂谷(gu)裂pa等物种代表了可(ke)以在深海热(re)液喷口附(fu)近(jin)持续存在的(de)生(sheng)物。图片来源:NOAA Okeanos Explorer计(ji)划,加拉帕戈斯(si)纵谷(gu)探险2011。

上升流意味着更多的生物活性,更多的多样性。

换(huan)句话(hua)说,要找到生命中(zhong)最多(duo)样化的行星,您想找到海洋循环(huan)量(liang)很大的行星。

有(you)没(mei)有(you)比地(di)球更(geng)好的(de)东西?


根据奥(ao)尔森(sen)(Olson)的(de)说(shuo)法,如果行星旋转得(de)更慢,大(da)气密(mi)度更高并且(qie)具(ju)有(you)大(da)陆,则可以增加海洋(yang)环流的(de)量。

这使我们了解了天文(wen)学(xue)家在研(yan)究太阳系(xi)外(wai)世界时将寻找什么。当NASA的LUVOIR或HabEx任(ren)务在2030年(nian)代飞行(xing)(xing)时,它们将能够直(zhi)接成像系(xi)外(wai)行(xing)(xing)星的表面。他(ta)们将测量(liang)其大(da)气中的化(hua)学(xue)物(wu)质,检测水,甚(shen)至确定大(da)洲上有(you)多少行(xing)(xing)星被覆盖。 

如果我们(men)确实在银河(he)系中找(zhao)到超级可居住的世界,那(nei)我们(men)真的不应该感到惊(jing)讶,这些世界显然比地球(qiu)更适(shi)合人类居住。事实证明,我们(men)并不特别。很好,至少我们(men)会陪伴。