新知| 金星是曾經的地球,火星是未來的地球?

　　交匯點訊 宇宙浩如煙海，茫茫無際，類似地球的行星可以說是以萬億計。僅在太陽系，就有金星和火星兩顆星球和地球一樣位於宜居帶，但令人驚奇的是，只有地球誕生了生命，並且進化出了人類。

　　天文學家告訴《科技周刊》記者，地球成為太陽系唯一有生命的星球，原因在於它的「天時地利人和」，恰巧的大氣、水和磁場環境，使我們成為浩渺宇宙的幸運兒。

　　圖片來源：視覺中國

　　金星和火星為什麼不宜居？

　　「宜居帶」也叫「可居住區域」。對於任何動物、植物、以至於微生物來說，都會有一個最合適其生存的地帶。在太陽系，這個地帶位於金星、地球、火星這三顆行星之間。

　　如何理解太陽系宜居帶？江蘇省天文學會科技傳播專家劉慧根解釋，把恆星比喻成一個發光發熱的物體——火堆，人如果靠得太近就會被灼傷，靠得太遠就會感覺到寒冷，靠得適中才會感覺舒適。太陽系內的其他六大行星，要麼太近，要麼太遠，比如水星距離太陽最近，白天表面溫度達到427攝氏度，再如木星和土星距離太陽太遠，表面溫度都在零下100攝氏度，生命無法生存。

　　「合適的溫度下才可能存在液態水，從人類發射探測器獲得的結果來看，金星和火星表面上都曾經存在過液態水，因此一般認為太陽系宜居帶為金星到火星的範圍。」劉慧根說，宜居帶的必要條件離不開液態水，而地球表面大部分被海洋覆蓋（達到71%），從地球經驗來看，液態水（海洋）是生命的搖籃，行星上只要發現液態水的痕跡，就有可能孕育過生命，因此一個大膽的猜測是：金星和火星存在過液態水的痕跡，有可能曾經出現過生命。

　　20世紀初，曾有人認為火星和金星是人類生活的可能之地。但隨著人類探測技術的發展，這個可能被否定。金星的大氣中96%為二氧化碳，雖然不是離太陽最近，但由於其溫室效應，表面溫度可達480攝氏度，空氣中經常落下毀滅性的硫酸雨，特大風暴比地球上的12級颱風還要猛烈數倍。至於火星，在這顆紅色的行星上生活就像住在兩倍於珠穆朗瑪峰的高度上。火星的大氣壓力只有地球的1%；無論白天還是夜晚，溫度都在0攝氏度以下。

　　「雖然同樣位於宜居帶，但是金星和火星的溫度、大氣、水環境使人類無法生存，只有地球進化出生命的綠洲。」劉慧根介紹，首先地球擁有合適的大氣。眾所周知，從人類宜居的角度來看，大氣中的氧氣必不可少。「金星同樣擁有大氣，但是金星中大氣都是還原性氣體，幾乎沒有氧氣。地球上生命的起源和演化認為，地球產生的低級生命主要是細菌，大多應該是厭氧細菌，在它們生存的過程中會排出氧氣到地球大氣中，再如植物的光合作用，它們可以吸入二氧化碳排出氧氣。不要小看這些排出的氧氣，隨著時間的推移，足夠改造行星的大氣，進而為人類這樣的智能生命的產生創造條件。」總之，炙熱、氣態的行星表面都難以駐留生命，而地球的表面出現了合適的大氣、還有磁場、適宜的溫度、液態水等各種因素的保障，為生命提供了一個完美的棲息場所。

　　月球和地球的位置相同，但「命運」不一

　　數據統計，近百年來，人類發射的火星探測器數量要高於金星，人類更青睞於火星的緣由是什麼？劉慧根說，「一開始科學家對金星和火星都發射過探測器，但金星表面環境太過惡劣，發射成功率非常低。比較而言，科學家更傾向於去探測環境沒那麼惡劣的火星，到目前也發射了不少成功的火星探測器，中國的天問一號也在旅途中，到了明年年初或許能解開屬於我們國人的火星神秘面紗。

　　地球和月球同樣距離太陽相同的位置，為何月球上沒有誕生生命？劉慧根解釋，月球本身它沒有大氣，導致太陽光照面和晝夜的溫差非常大，生命很難存活。即使月球曾有過大氣，由於缺乏磁場保護和月球的低重力，大氣很難維持。月球沒有大氣，缺乏液態水，也就沒有孕育生命的溫床，加上月球常年遭受隕石的撞擊，在其表面形成了很多大大小小的隕石坑，隕石的墜落帶來不穩定的生存環境，因此月球是不太「宜居」的。

　　有說法認為，金星是曾經的地球，火星是未來的地球。對此，劉慧根表示，地球的早期環境確實和現在的金星類似，地球剛開始形成的時候，由於遭遇很多天體的碰撞，地球表面溫度會比現在高的多，到處是巖漿的海洋。「小行星和彗星等天體的撞擊導致了地球地殼破裂，高溫讓水合物中的水分徹底蒸發成水汽進入了大氣，長達數百萬年的時間裡，大量水汽充斥天空，地面則是連續不斷的火山噴發和小行星撞擊，這樣的地球簡直就是末日，地面溫度高達數百度，和現在的金星類似。」

　　出現「火星是未來的地球」這種說法在於火星或許曾經存在磁場，但是由於各種原因，火星內部活動減弱，無法維持火星磁場，如今磁場已經基本消失，人們擔心地球會重蹈火星的覆轍，丟掉保護地球的磁場。「火星內核早已冷卻，無法支持全球的偶極磁場，因此從數十億年前開始，太陽風就在不斷剝離火星的大氣，直到現在火星僅有稀薄的大氣層，成分以二氧化碳為主。」劉慧根說，磁場能抵抗外來的高能粒子輻射，阻擋紫外線，防止水的流失。磁場消失後，火星的大氣變得非常稀薄，火星也就不再宜居，假如數十億年後地球內核冷卻磁場消失，或許也會變得像火星一樣失去大氣，我們也就失去了保護生命的重要屏障。

　　木星曾是地球宜居的保護神

　　從太陽系九大行星的位置來看，離地球不遠的位置上還有一顆木星，雖然不在宜居帶，但是木星也為地球宜居創造了條件。「木星雖然不宜居，但是太陽系演化的早期，它幫助清空了內太陽系大量的小天體，讓地球軌道附近變得相對空曠，大大降低了小天體撞擊地球的概率。」劉慧根說，大家都知道恐龍的滅絕大概率是因為一顆小行星的撞擊，小天體的碰撞對地球上的生命有潛在威脅。

　　當然，遭受小天體的撞擊也不是一無是處，有部分假說認為地球生命來源於小天體撞擊地球。「有一種可能是小天體上攜帶胺基酸，蛋白質甚至微生物，這些生命體恰巧遇到地球合適的環境，並逐漸繁衍。」還有一種假設認為，小天體撞擊地球後引起火山爆發等地質運動，把地球內部的一些磷、氮元素釋放出來，這些元素對於生命的形成都至關重要。

　　劉慧根認為，木星的存在是一把雙刃劍。「太陽系形成的早期，木星確實幫助地球清空了很多小天體，給地球創造了良好的生存環境。但目前來看，即地球產生生命之後，太陽系的小天體會也會受到木星的擾動，靠近地球軌道，對地球產生威脅。木星和地球宜居性的關係也是曖昧不清，讓科學家感覺又愛又恨。」

　　暢想未來，或許數億年後地球不再適合人類居住，同樣位於宜居帶的金星和火星是否成為下一個選擇？劉慧根說，移居火星和金星在科幻作品中很常見，但是要改造金星和火星的大氣需要的能量和時間是巨大的，這是一個漫長的過程，不可能一蹴而就，可能需要好幾十代人的努力。但是人類只要有願景有期望，充分發揮主觀能動性，行星改造也是有可能的。還需要很多技術突破和資金支撐，需要全球人民團結協作共建人類命運共同體。

　　不過人類不用過於擔心地球的命運，地球目前仍位於宜居帶，只要不發生小天體撞擊地球等小概率偶然性事件，地球的生命周期至少還有50億年，在這漫長的歷史長河裡，人類或許能夠突破現有科技，實現星際旅行和移居。

　　交匯點記者 張宣

　　視覺中國供圖