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搜尋比地球更完美的行星

2024-04-18資訊

我們為生活在地球上沾沾自喜,地球適宜的溫度、充足的氧氣、迴圈的淡水孕育了數量眾多的生命。可是,地球真的是最適合生命的「完美行星」嗎?目前,科學家已經發現了可以與地球競爭「完美行星」頭銜的24顆行星。

母星拖了後腿

在評選「完美行星」時,首要考慮的是行星的母星,畢竟母星為行星提供的持續的光和熱是生命誕生的基本條件,沒有母星,行星生命的誕生和生存幾乎是不可能的。而這個首要條件,作為地球的母星——太陽,就不太合格。

太陽是一顆G型矮星(俗稱黃矮星),科學家估計它的壽命僅有100億年。以人類的生命尺度來看,100億年長得不可思議,但對於生命演化的整體行程來說,這卻遠遠不夠。首先,恒星「年輕」時會向外釋放過多的X射線放射線和紫外線放射線,高能量的放射線破壞了DNA等復雜分子,使生命難以起源。以地球為例,它直到37億歲才孕育出第一批多細胞生物,部份原因正是此前的太陽放射線過於強烈。由於同樣的原因,留給地球生命演化的時間已經不太多。根據估算,現今太陽年齡約為50億歲,但大約10億年後太陽就將進入「老年期」。到那時,太陽的放射線將再次增強,使地球變得不適於居住。

這樣四舍五入一下,地球生命真正能生存演化的時間不過二三十億年——聽起來很長,但科學家認為這遠遠不夠。科學家估算,如果條件允許的話,生態系會不斷向前發展,可能會持續數十億年,給生命賦予更多可能性。因此為生命提供能量的恒星照耀的時間越長,前進演化的生命型別就越豐富,100億年壽命的恒星只能支持復雜的多細胞陸地生命演化到半途。

根據這個標準,科學家排除了一些不合適的恒星,比如壽命比太陽更短的A型矮星、放射線更強烈的M型矮星等,剩下的可選恒星只剩一類:K型,也被稱為橙矮星,品質是太陽的0.5~0.8倍,壽命是150~300億年,而且有害放射線非常少。雖然型別單一,但是橙矮星的數量可不少,在人類的可見星空中,橙矮星的數量是黃矮星的三倍,這為「完美行星」提供了更多備選項。

自身條件有限制

「吐槽」完太陽,我們也得承認,地球自身也有一些不太完美之處。

首先,地球與太陽的距離不夠「產生美」。恒星的可居住帶指的是最大宜居軌域和最小宜居軌域的中間地帶,處於最大宜居軌域之外,行星的空氣都將凍結成冰,成為一個冷凍的大冰塊,處於最小宜居軌域之內,行星的液態水將被煮沸,變成水蒸氣逸散到太空中。而兩者的中心位置才是最適合的地方,在這些位置,行星將長久地保有足夠多的液態水。但是,地球非常接近太陽的最小宜居軌域,如果地球的公轉軌域再小上1%,地球就會變成另一顆金星。

其次,地球不夠「壯碩」。行星越大,它的表面積越大,重力越強,這能給生命演化帶來更多的優勢。比如,更大的表面積允許生命有更大的生存和演化的空間。一個具有更強大重力場的行星能維持更厚的大氣層,厚重的大氣層幫助星球抵擋更多有害的宇宙射線。大重力星球的地勢總體上會比地球平坦許多,這一點是由更大的重力和更高的星球表面腐蝕程度共同導致的。大重力星球可以保有更多的地熱能量,維持比地球上更長久的板塊運動(板塊運動對維持生命也有重要意義,後文將會具體闡述)。雖然強大的重力使得生活在陸地上的生物受到更強力的壓迫,但是其更強大的大氣壓力將能允許更大更重的生物留在空中。總的來看,更大更重的星球將能產生更豐富多樣的生物。

根據上述幾點,科學家從已發現的4600多顆行星中篩選出了24顆,它們很可能是比地球更宜居的「完美行星」。首先,它們都位於橙矮星的可居住帶內,其次,它們擁有一些優於地球的特點。比如,距離地球2728光年的KOI5276.01,它正好位於其母星的可居住帶的中心位置,受到的光和熱恰到好處;而距離地球2965光年的KOI5715.01,它的直徑是地球的1.8~2.4倍,具有更適宜孕育生命的重力;距離地球700光年的KOI5554.01,迄今已有65億歲,平均氣溫27℃,由於這顆行星比地球老了近20億歲,生命也有了更多的時間前進演化,極有可能已經孕育了比地球更多樣的生命。

地球還有很多隱藏的獨特性

當然,由於技術的限制,我們現在對行星的了解僅限於距離、大小、年齡等基本參數,對於其更具體的情況,比如大氣組成、內部構造等一無所知。而地球之所以能孕育這麽多的生命,靠的可不僅僅是「表面功夫」,在某些方面,其它那些行星也許遠遠不及地球。

比如強大的磁場。地球的磁場是由一個鐵核引起的,這個鐵核起源於行星在其誕生過程中產生的足夠的地熱能量。經過漫長的時間,不同重量和密度的元素逐漸分離成固態的內核和液態的外核,帶有電荷的元素的持續流動維持著地磁場。磁場阻擋了恒星的大部份放射線,是生物生存的必要條件。因此,一顆「完美行星」一定是在類似的條件下誕生和發展的。

此外,適當的板塊構造是生命誕生的隱藏條件。在地球上,板塊構造是由於地殼和地核之間的黏性地幔的緩慢運動而產生的,在板塊構造運動中地殼板塊被不斷拉動、推動和重塑,由此塑造了地球上最深的海洋、最高的山脈以及其他的一切。板塊構造創造了成千上萬個具有不同溫度、濕度和土壤條件的獨特棲息地,鼓勵生命向多個方向發展。板塊構造運動還是維持地球氣候的重要力量——透過碳迴圈。在碳迴圈中,富含碳的礦物質緩慢滲入地幔,然後透過火山活動返回地表。這個迴圈平衡了大氣中的二氧化碳含量,從而平衡著地球數百萬年的氣候。沒有這個不可或缺的恒溫器,地球就不可能像今天這樣宜居。

還有一點不要忘記:雖然很可能有其他行星比地球更適宜孕育生命,但它們不可能比地球更適宜地球生命。這句話聽起來有些拗口,舉個例子你就明白了,位於橙矮星的可居住帶上的行星,所接受的恒星光照與地球所接受的太陽光照並不相同,在地球上為了最大程度地利用太陽光,植物大多長著綠葉,而在橙矮星的「完美行星」上,植物會是什麽樣子,是藍色、紫色還是黑色?如果「完美行星」的植物都與地球植物如此不同,動物能與地球動物一樣嗎?那麽,人類前往這些「完美行星」,又是否能正常生活呢?從這個角度看,對於人類來說,地球仍然是獨一無二的「完美行星」。

「完美行星」的評選標準已經基本完善:處於壽命適宜的母星的宜居區域;大約比地球大上10%,這樣的行星會比地球重50%,重力會大25%;平均溫度最好比地球高5℃,這樣生命就可以在全球各地茁壯成長;更好的大氣應該包含30%的氧氣,而不是像今天地球上的21%;理想情況下,陸地和海洋將廣泛分布,給生物提供大量的淺海岸地區,這些地方的生物多樣性更高……這樣一顆「完美行星」究竟是否存在,只能期待未來的功能更強大的望遠鏡給出答案了。