我有話(huà)說(shuō)
根據最新的計算，早前發(fā)現的“宜居行星”開(kāi)普勒－22b因為離恒星太近了一些，并不可能適宜我們所知的生命生存。
太空探索
“在所有可能存在的世界里，我們生活的這個(gè)世界可能是最好的?！?8世紀初，一位德國博學(xué)之士戈特弗里德·萊布尼茨提出了這樣的論點(diǎn)。如今，伴隨著(zhù)對宇宙越來(lái)越多的認知與發(fā)現，人們更加認同此說(shuō)。
但或許還有一些是我們所不知道的呢？更何況，地球本身溫暖宜人的環(huán)境已變得不再像我們過(guò)去以為的那樣穩定。
最新的研究已表明，地球可能正掙扎在太陽(yáng)系宜居帶的邊緣，地球上溫暖宜人的氣候正在改變。有專(zhuān)家提出，我們原來(lái)以為地球還有最少10億年的宜居期限，現在可能也得再減掉幾億年了。
文/ Lee Billings
1
“完美地球”該感謝大氣層
據目前所掌握的信息，我們知道，任何一顆有生命的行星都必須位于恒星周?chē)粭l狹窄的帶狀區域之內，此區域被稱(chēng)為“宜居帶”。對于一個(gè)行星系統而言，宜居帶內外兩條邊界在什么地方，取決于恒星的質(zhì)量和年齡——這兩個(gè)因素決定了恒星會(huì )輻射出多少光和熱。
地球目前看上去正溫暖舒適地徜徉在太陽(yáng)的宜居帶中。所以我們以為，至少在太陽(yáng)系中，地球對人類(lèi)來(lái)說(shuō)就是“最好的世界”。
其實(shí)僅僅根據地球在太陽(yáng)系內的位置來(lái)推算，地球的平均溫度本應該遠遠低于冰點(diǎn)。是含有二氧化碳和水蒸氣等溫室氣體、能夠束縛住熱量的大氣層“救”了地球。也就是說(shuō)，如果地球的大氣層開(kāi)始變得更厚或者更薄，又或者化學(xué)構成完全不同了的話(huà)，地球這顆行星可能很快就會(huì )變得不再適宜生命生存。
金星已證明了這一點(diǎn)。金星一開(kāi)始似乎也是溫暖宜人的，有著(zhù)類(lèi)似地球的海洋和大氣。但由于更靠近太陽(yáng)，水開(kāi)始從海洋蒸騰進(jìn)入大氣，水蒸氣的保熱特性使得大氣溫度進(jìn)一步升高。當所有的二氧化碳從地殼中被烘烤出來(lái)，結果便使“溫室效應”失控，最終金星變成了“不毛之地”。如今在幾乎由純二氧化碳構成的大氣層包裹之下，金星表面溫度已達到了約460℃——比錫、鉛和鋅的熔點(diǎn)都要高。
所以，地球有今天溫暖宜人的氣候環(huán)境，多虧了大氣層的“呵護”。
2
宜居帶內邊界應已出現偏移
不幸的是，大氣層正在遭受到人類(lèi)的執著(zhù)破壞。還有更雪上加霜的事，新的科研計算表明，由于太陽(yáng)的年齡等原因，其宜居帶也有所偏移，地球可能已經(jīng)徘徊在太陽(yáng)宜居帶的邊緣，很快就可能被太陽(yáng)烤焦。
1993年，美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的地球科學(xué)家詹姆斯·卡斯廷開(kāi)始以更高的精度來(lái)確定“宜居帶”的邊界。他和同事研究了時(shí)間變化時(shí)陽(yáng)光的強度和波長(cháng)，發(fā)現如果地球從現在距離太陽(yáng)1個(gè)天文單位的地方向內移動(dòng)到0.95個(gè)天文單位的位置，陽(yáng)光強度便會(huì )提高10%，就會(huì )導致地表溫度上升，會(huì )有更多水蒸氣被送上更高層的大氣，并散逸到外層太空。如此經(jīng)過(guò)幾千萬(wàn)到幾億年時(shí)間，地球也會(huì )滴水不剩。這個(gè)現象被稱(chēng)為“潮濕溫室效應”。根據這些數據，卡斯廷嘗試著(zhù)劃出宜居帶外邊緣的位置——在那里，溫度會(huì )下降到一定程度，足以造成不可逆轉的全球冰河期——在距離太陽(yáng)大約1.67個(gè)天文單位，就在火星軌道外面一點(diǎn)點(diǎn)。最后，他們分析得出，地球位置比原來(lái)的計算中更靠近宜居帶的內側邊緣。
這個(gè)理論一直被科學(xué)家們沿用至今年年初，被當作“黃金標準”來(lái)搜尋其他宜居行星。
然而，到今年年初，美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的另一位研究者拉維·庫帕拉普，與卡斯廷和其他幾位研究者合作，對這套計算結果進(jìn)行了一次更新。他們發(fā)現，對于一顆類(lèi)似地球的行星而言，所有類(lèi)型的恒星周?chē)?，宜居帶到恒星的距離都要比我們先前認為的稍遠一些。換句話(huà)說(shuō)，太陽(yáng)系宜居帶的內側邊緣也已從距離太陽(yáng)0.95個(gè)天文單位外移到了0.99個(gè)天文單位。
隨著(zhù)太陽(yáng)年齡的增大，太陽(yáng)溫度會(huì )越來(lái)越高，太陽(yáng)會(huì )越來(lái)越亮，宜居帶的內側邊界必然將逐漸向外推移。然而這意味著(zhù)地球離太陽(yáng)系宜居帶內邊緣更近了。之前提到的那個(gè)“潮濕溫室效應”可能隨時(shí)被啟動(dòng)。
3
地球可能已出現“脫水”
從理論上講，地球“可能從明天就開(kāi)始脫水了”?？ㄋ雇⒄f(shuō)：“這意味著(zhù)，末日到來(lái)的日期要比我們想象的更早?！?/p>
過(guò)去我們已經(jīng)廣泛地接受了這樣一個(gè)觀(guān)點(diǎn)：地球還有大約10億年時(shí)間適合生命生存。但現在很有可能我們必須從中再減掉幾億年的時(shí)間。
不過(guò)，我們也不必就此悲觀(guān)。美國芝加哥大學(xué)的氣候科學(xué)家雷蒙德·皮埃安貝爾指出，這種迫在眉睫的“脫水說(shuō)”還存在很多疑點(diǎn)。比如說(shuō)，地球上空的云的影響。
如果大氣中所含的水蒸氣逼近“潮濕溫室效應”或者“失控溫室效應”的臨界線(xiàn)，云很可能會(huì )在更低的高度上形成，把更多陽(yáng)光反射回太空，冷卻云層下方的地表。事實(shí)上，想要搞清楚含水量超過(guò)50%的大氣會(huì )是什么樣子，目前仍是很難的。皮埃安貝爾說(shuō)：“一場(chǎng)大暴雨就能讓我們損失掉某一地區一半的大氣。于是那里會(huì )從周?chē)臻g吸入更多的空氣，從而改變整個(gè)大氣的動(dòng)力學(xué)結構?！?/p>
還有很多諸如此類(lèi)的特殊性存在。
美國麻省理工學(xué)院的天體物理學(xué)家莎拉·西格及其同事，已經(jīng)建立了模型，開(kāi)始研究只含有少量水分、不足以維持全球性海洋或者濕潤大氣的“沙漠”行星。他們的結論是，大氣中僅含1%水蒸氣的沙漠行星，也能夠在距離太陽(yáng)僅0.5個(gè)天文單位的地方維持溫暖宜人的表面溫度。
美國國家航空航天局最近資助了卡斯廷等人聯(lián)合研發(fā)一個(gè)完全三維的“氣候模型”，其中將會(huì )考慮更健全也更真實(shí)的云層反饋和水循環(huán)機制，以期發(fā)現更多潛在的宜居的巖石星球。此外，還有其他團隊也在進(jìn)行類(lèi)似的研究。
4
人類(lèi)才是地球的最大“殺手”
但對于地球而言，最大的不確定因素還是我們人類(lèi)自身。
人類(lèi)文明工業(yè)化以前，大氣中二氧化碳的平均含量是280ppm(百萬(wàn)分比)。由于使用化石燃料，現在大氣中的二氧化碳已經(jīng)突破了400ppm這一閾值。與金星的悲慘命運相比，這聽(tīng)起來(lái)似乎不算什么。但溫度持續上升，加上地球軌道向內移動(dòng)1%的效果——如果我們進(jìn)一步排放溫室氣體，地球可能會(huì )被推出宜居帶的邊界，步金星的后塵。
當然也有多項研究認為，這樣的結果幾乎不可能出現。他們認為，即使我們燒掉了地球上能夠開(kāi)采出來(lái)的大多數化石燃料，也只是令大氣中的二氧化碳增長(cháng)8到16倍，最壞的結果也不過(guò)是出現“適度的潮濕溫室效應”。
加拿大的地球化學(xué)家科林·戈德布拉特還有一項尚沒(méi)有發(fā)表的研究，他認為，如果地球今天的大氣即將進(jìn)入一種非常高溫和潮濕的溫室狀態(tài)，多出來(lái)的水蒸氣吸收的紅外輻射將比我們先前認為的更多。這會(huì )進(jìn)一步增加熱吸收，仍有可能觸發(fā)“失控的溫室效應”。
還有，地球上特有的海洋和構造活動(dòng)，使得地球有一種可能是太陽(yáng)系內最獨一無(wú)二的碳酸鹽-硅酸鹽循環(huán)。這一循環(huán)使海洋中被蒸騰的水，從大氣中清洗掉更多的二氧化碳，最終將它們囚禁在巖石中長(cháng)達數百萬(wàn)年，直到火山噴發(fā)將它們重新釋放出來(lái)。它本是地球的“天然溫度調節器”。不過(guò)根據卡斯廷等人的計算結果，或許距今10億年后，地球內部就會(huì )冷卻到一定的程度，導致火山活動(dòng)大幅度降低，放緩碳酸鹽-硅酸鹽循環(huán)的速度，最終地球大氣甚至可能無(wú)法再維持絕大多數形式的光合作用。
種種研究，都讓人不無(wú)擔憂(yōu)——那么地球現在這種溫暖宜人的環(huán)境，到底還能維持多久？
戈德布拉特的回答是：“沒(méi)必要去想這些。這就像大霧天在懸崖頂上玩捉迷藏——雖然還沒(méi)有人摔下去，不過(guò)誰(shuí)也不知道自己離邊緣還有多遠。想來(lái)也無(wú)益?！?/p>
(Shea編譯自《新科學(xué)家》·果殼網(wǎng))編輯： 鄔嘉宏
(原標題：地球掙扎在太陽(yáng)系宜居帶邊緣 可能已出現“脫水”)
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