地球并非最宜居的星球?

我们居住在最好的行星上吗?德国数学家戈特弗里德·莱布尼茨(Gottfried Leibniz)的确这样认为,他在1710年写道,即使有一些瑕疵,我们的地球依然是人们所能想象的最理想的行星 。 莱布尼茨的想法后来被许多人嘲笑为没有科学依据的美好幻想,这其中就包括法国作家伏尔泰在其代表作《憨第德》(Candide)中,对这种思想的嘲讽 。 不过莱布尼茨也许能在一些科学家中找到认同者 。 几十年来,这些科学家一直以地球为黄金模板,寻找着太阳系外的宜居星球 。

地球并非最宜居的星球?

文章插图

因为地球上的人们只知道一个有生命的世界,也就是我们的地球,因此把地球作为寻找系外生命的模版,似乎也无可厚非 。 比如科学家试图在最接近地球环境的火星、木星的含水卫星木卫二(Europa)上寻找生命 。 不过现在,天文学家发现了一些围绕其他恒星旋转的、可能具备宜居性的系外行星,这些发现正逐渐改变着以地球为模板寻找宜居星球的思想 。

过去的20年里,天文学家发现了1 800多颗系外行星 。 统计研究显示,我们的银河系中至少有一千亿颗系外行星 。 迄今为止发现的系外行星中,与地球非常相似的非常少,这些行星展示出了一系列的行星多样性:它们的公转轨道、半径尺寸、组成成分都有着巨大的差异,它们围绕的恒星也千差万别,有的比太阳小很多也暗很多 。 这些系外行星的多样性特征提醒我,也提醒了其研究人员,地球可能并不在宜居星球排行榜靠前的位置 。 事实上,一些和地球非常不同的系外行星,可能有更高的几率形成并维持一个稳定的生物圈 。 这些“超宜居星球”是搜索地外和系外生命的最佳目标 。
不完美的地球
越来越深入地研究地球的宜居性,科学家渐渐发现,我们的世界并非那么理想 。 今天的地球上,不同地区的宜居性也有着天壤之别 。 在广袤的地球表面区域,很大一部分都是不毛之地,如干旱的沙漠、贫瘠的开放海域和严寒的两极 。 地球的宜居性也在随时间变化,例如在石炭纪(Carboniferous period)的大部分时期,也就是大约3.5至3亿年前,地球的大气比现在更温暖、更湿润,而且含氧量也要多于今天 。 海洋中的甲壳纲动物、鱼类和造礁珊瑚十分兴盛,陆地上覆盖着大片大片的森林,昆虫和其他陆生生物的体型十分庞大 。 地球在石炭纪时供养的生物量,比今天要多得多,这说明比起其远古时期,现在地球的宜居性,已经差了很多 。
不仅如此,我们还知道在未来,地球将变得更加不适合生命 。 大约50亿年后,太阳的氢燃料将消耗殆尽,并在核心开始能量更高的氦聚变过程 。 那时太阳会膨胀成一颗“红巨星”,将地球烤焦 。 在发生这一悲剧很早之前,地球上的生命就已经走到了尽头 。 随着太阳内的氢逐渐被消耗,太阳核心的温度会逐渐升高 。 这使得太阳总光度(luminosity,单位时间内辐射出的总能量)逐渐增加,每10亿年大概会增加10% 。 这种改变意味着,太阳系的宜居带并非恒定不动,而是会发生变化 。 随着时间的推移,宜居带距离不断变亮的恒星越来越远,总有一天,地球将不再处于宜居带内 。 更糟糕的是,最新的计算显示,目前地球并非位于宜居带的中心位置,而是临近内边缘,接近过热区,地球位置岌岌可危(见“当太阳变老时”) 。
因此,在5亿年之内,太阳的光度将增加一定程度,使地球的气候变得极度炎热,从而威胁到复杂多细胞生物的生存 。 大约17.5亿年之后,光度稳定增加的太阳将令地球继续升温,海洋开始蒸发,那些在陆地上“苟延残喘”的简单生物也将灭绝 。 事实上,现在的地球已经度过了它的宜居黄金时代,生物圈也即将面临“曲终人散”的结局 。 总体而言,现在的地球作为宜居星球,只能是刚刚够格 。

推荐阅读