我们为生活在地球上沾沾自喜,地球适宜的温度、充足的氧气、循环的淡水孕育了数量众多的生命。可是,地球真的是最适合生命的“完美行星”吗?目前,科学家已经发现了可以与地球竞争“完美行星”头衔的24颗行星。
在评选“完美行星”时,首要考虑的是行星的母星,毕竟母星为行星提供的持续的光和热是生命诞生的门槛,没有母星,行星生命的诞生和生存几乎是不可能的。而这个首要条件,作为地球的母星——太阳,就不太合格。
太阳是一颗G型矮星(俗称黄矮星),科学家估计它的寿命仅有100亿年。以人类的生命尺度来看,100亿年长得不可思议,但对于生命演化的整体进程来说,这却远远不足。首先,恒星“年轻”时会向外释放过多的X射线辐射和紫外线辐射,高能量的辐射破坏了DNA等复杂分子,使生命难以起源。以地球为例,它直到37亿岁才孕育出第一批多细胞生物,部分原因正是此前的太阳辐射过于强烈。由于同样的原因,留给地球生命演化的时间已经不太多。根据估算,现今太阳年龄约为50亿岁,但大约10亿年后太阳就将进入“老年期”。到那时,太阳的辐射将再次增强,使地球变得不适于居住。
这样四舍五入一下,地球生命真正能生存演化的时间不过二三十亿年——听起来很长,但科学家认为这远远不足。科学家估算,若条件允许的话,ECO会不断向前发展,可能会持续数十亿年,给生命赋予更多可能性。因此为生命提供能量的恒星照耀的时间越长,进化的生命类型就越丰富,100亿年寿命的恒星只能支持复杂的多细胞陆地生命演化到半途。
根据这个标准,科学家排除了一些不合适的恒星,比如寿命比太阳更短的A型矮星、辐射更强烈的M型矮星等,剩下的可选恒星只剩一类:K型,也被称为橙矮星,质量是太阳的0.5~0.8倍,寿命是150~300亿年,而且有害辐射非常少。虽然类型单一,但是橙矮星的数量可不少,在人类的可见星空中,橙矮星的数量是黄矮星的三倍,这为“完美行星”提供了更多备选项。
首先,地球与太阳的距离不够“产生美”。恒星的可居住带指的是最大宜居轨道和最小宜居轨道的中间地带,处于最大宜居轨道之外,行星的空气都将冻结成冰,成为一个冷冻的大冰块,处于最小宜居轨道之内,行星的液态水将被煮沸,变成水蒸气逸散到太空中。而两者的中心位置才是最适合的地方,在这些位置,行星将长久地保有足够多的液态水。但是,地球非常接近太阳的最小宜居轨道,如果地球的公转轨道再小上1%,地球就会变成另一颗金星。
其次,地球不够“壮硕”。行星越大,它的表面积越大,引力越强,这能给生命演化带来更多的优势。比如,更大的表面积允许生命有更大的生存和演化的空间。一个具有更强大引力场的行星能维持更厚的大气层,厚重的大气层帮助星球抵挡更多有害的宇宙射线。大引力星球的地势总体上会比地球平坦许多,这一点是由更大的重力和更高的星球表面腐蚀程度共同导致的。大引力星球可以保有更多的地热能量,维持比地球上更长久的板块运动(板块运动对维持生命也有重要意义,后文将会具体阐述)。虽然强大的引力使得生活在陆地上的生物受到更强力的压迫,但是其更强大的大气压力将能允许更大更重的生物留在空中。总的来看,更大更重的星球将能产生更丰富多样的生物。
根据上述几点,科学家从已发现的4600多颗行星中筛选出了24颗,它们很可能是比地球更宜居的“完美行星”。首先,它们都位于橙矮星的可居住带内,其次,它们拥有一些优于地球的特点。比如,距离地球2728光年的KOI5276.01,它正好位于其母星的可居住带的中心位置,受到的光和热恰到好处;而距离地球2965光年的KOI5715.01,它的直径是地球的1.8~2.4倍,具有更适宜孕育生命的引力;距离地球700光年的KOI5554.01,迄今已有65亿岁,平均气温27℃,由于这颗行星比地球老了近20亿岁,生命也有了更多的时间进化,非常有可能已经孕育了比地球更多样的生命。
当然,由于技术的限制,我们现在对行星的了解仅限于距离、大小、年龄等基本信息参数,对于其更具体的情况,比如大气组成、内部构造等一无所知。而地球之所以能孕育这么多的生命,靠的可不单单是“表面功夫”,在某些方面,其它那些行星也许远远不及地球。
比如强大的磁场。地球的磁场是由一个铁核引起的,这个铁核起源于行星在其诞生过程中产生的足够的地热能量。经过漫长的时间,不同重量和密度的元素逐渐分离成固态的内核和液态的外核,带有电荷的元素的持续流动维持着地磁场。磁场阻挡了恒星的大部分辐射,是生物生存的必要条件。因此,一颗“完美行星”一定是在类似的条件下诞生和发展的。
此外,适当的板块构造是生命诞生的隐藏条件。在地球上,板块构造是由于地壳和地核之间的黏性地幔的缓慢运动而产生的,在板块构造运动中地壳板块被不断拉动、推动和重塑,由此塑造了地球上最深的海洋、最高的山脉以及其他的一切。板块构造创造了成千上万个具有不一样温度、湿度和土壤条件的独特栖息地,鼓励生命向多个方向发展。板块构造运动还是维持地球气候的重要力量——通过碳循环。在碳循环中,富含碳的矿物质缓慢渗入地幔,然后通过火山活动返回地表。这个循环平衡了大气中的二氧化碳含量,从而平衡着地球数百万年的气候。没这个不可或缺的恒温器,地球就不可能像今天这样宜居。
还有一点别忘记:虽然很可能有其他行星比地球更适宜孕育生命,但它们不可能比地球更适宜地球生命。这句话听起来有些拗口,举个例子你就明白了,位于橙矮星的可居住带上的行星,所接受的恒星光照与地球所接受的太阳光照并不相同,在地球上为了最大限度地利用太阳光,植物大多长着绿叶,而在橙矮星的“完美行星”上,植物会是啥样子,是蓝色、紫色还是黑色?如果“完美行星”的植物都与地球植物如此不同,动物能与地球动物一样吗?那么,人类前往这些“完美行星”,又是否能正常生活呢?从这个方面看,对于人类来说,地球仍然是独一无二的“完美行星”。
“完美行星”的评选标准已经基本完善:处于寿命适宜的母星的宜居区域;大约比地球大上10%,这样的行星会比地球重50%,引力会大25%;平均温度最好比地球高5℃,这样生命就可以在全球各地茁壮成长;更好的大气应该包含30%的氧气,而不是像今天地球上的21%;理想情况下,陆地和海洋将广泛分布,给生物提供大量的浅海岸地区,这一些地方的生物多样性更高……这样一颗“完美行星”究竟是不是真的存在,只能期待未来的功能更强大的望远镜给出答案了。返回搜狐,查看更加多