還有比地球更好的？宇宙中有超級宜居的行星嗎？

2020-10-18 博科園

地球也許是宇宙中最美好的行星，無論我們去哪裡，永遠都找不到比地球更適合地球生命的行星。當然，那是因為我們和所有其他地球生命都是在這種環境下進化的。進化使我們適應了這個星球，我們不太可能找到另一個對我們有好處的星球。然而，它是最好的星球嗎？宇宙中是否有可能有更多生命多樣性的條件？在地球上有生命這一事實是非常令人驚訝的，地球位於主序恆星的宜居區，它不會產生太多致命的太陽耀斑。

地球有一個厚厚的大氣層，充滿了氧氣和氮氣，我們可以呼吸。這顆行星足夠大，地球核心仍然是熔化的，有一個旋轉的鐵球維持著行星磁場。這一點，再加上厚厚的大氣層，保護了地球表面免受宇宙射線、來自太陽的最糟糕的紫外線輻射和致命的太陽風暴的傷害。地球有板塊構造，不斷回收地球表面的物質，從內部帶出新鮮的化學物質。同時有一個相對較大的衛星，這可能使地球在軸向傾斜方面更加穩定，潮汐幫助早期的生命形式從海洋過渡到陸地。

地球有巨大的海洋，幫助調節地球的氣候，將溫暖的海水轉移到較冷的地區，使它們更加多樣化和宜居。這份清單還在繼續，我相信還有一些我們甚至還沒有發現的因素。當涉及到地球時，生命已經繁榮昌盛，找到了進入每一個可能的生態位方式，通過進化來適應自身，以應對嚴寒，酷熱，海洋底部的巨大壓力，甚至是城市，生活在人類旁邊。但地球能變得更好嗎？會不會有超級宜居的行星？如果說天文學領域教會了我們什麼的話，那就是地球並不特別。地球不是太陽系的中心，這不是宇宙中特別的地方或時間。

這可能意味著地球不是生命最好的地方，這是人類最好的地方，但不是生活的最好地方。根據賓夕法尼亞州立大學天體生物學家拉維·庫馬爾·科帕拉普(Ravi Kumar Kopparapu)和其他人根據現代氣候數據，計算出恆星宜居帶的邊緣真正應該在哪裡。他們計算出類太陽恆星周圍的宜居區應該是地球到太陽距離的0.99到1.7倍。這意味著地球實際上就在太陽宜居帶的內緣，只是勉強而已。如果它再靠近太陽，就會經歷失控的溫室效應，就像金星一樣。你可能想靠近宜居區的中間，那裡的軌道變化不會把地球推向極端。

地球相對年輕，考慮到地球現在只存在了45億年，並且僅僅在後幾億年中才進化出多細胞生命。太陽正在升溫，由於地球如此接近，我們實際上只有幾億年的時間，最多10億年，在溫度上升和海洋蒸發之前。但是，如果生命可以再經歷數十億年的進化來創造出新的、更多樣化的生命形式，會發生什麼呢？你可能認為鴨嘴獸是不尋常的，想像一下再經過20億年的進化你會是什麼樣？勒內·海勒和約翰·阿姆斯特朗研究了可能成為最適合居住的行星條件。他們提出，質量小於太陽的恆星，被歸類為K星，可能是多樣性的最佳候選者，因為它們壽命長，相對穩定。

如果沒有那些討厭的紅矮星巨型耀斑，一顆K型恆星的壽命將達到200-700億年。你會想要恆星系統中的其他行星，能夠用它們的重力改變小行星和彗星的方向，以提供生命所需的水和其他化學物質。理想情況下，你希望在同一個系統中有多個可居住的行星，能夠來回發送生命，這一過程被稱為panspermia。讓宜居行星成為氣態巨星的衛星，以獲得強大的潮汐力量，保持新鮮的火山物質噴發到地表。更好的可能是，有一個雙星行星，在那裡兩個世界相互環繞，傳遞潮汐力量，並來回交換生命形式。

如果讓地球變得更大，會得到更多的表面積讓水循環溫度(在一秒鐘內會有更多的表面積)，但也會有更多的表面積讓生命形式利用不同生態位。談論的是一個更大，更大的行星，一旦得到地球質量的兩倍，板塊構造就開始關閉，所以儘量保持在這個量以下。你可能還想要一個足夠大和足夠熱的內部世界，以便鐵合金在其核心中運動，以維持一個行星範圍的磁氣圈。你可能擔心表面重力，但一個質量是地球兩倍的行星只需要大約40%就可以擁有大約相同的表面重力。

現在在巴塞隆納舉行的一次會議上，來自芝加哥大學的Stephanie Olson博士介紹了他們在尋找最可能支持系外行星生命環境方面所做的研究。他們使用了來自NASA的一種工具，稱為Rocke-3-D大氣環流模型，這是一個真正令人驚嘆的工具，可以免費向公眾提供。你也可以去使用，然後看看不同世界的情況，從遠古的金星到環繞比鄰星運行的行星。你可以模擬他們的氣溫，降雨量，土壤濃度等等。比如一些例子：前工業化時代的地球，氣溫範圍從赤道附近35攝氏度到兩極的零下60攝氏度。

你可以用古老的金星取代地球，就像29億年前太陽比今天暗20%時的樣子。然而，它仍然每243天自轉一次，可能有一個淺海，其低地達到310米的深度。這是一顆圍繞紅矮星Proxima Centauri運行的行星，因為它的軌道離它的恆星如此之近，所以這顆行星可能被潮汐鎖住了。這對空氣溫度有一個戲劇性的影響，一邊面對星星，一邊面對著星星。但是如果行星確實有共振自轉，每2個軌道繞其軸旋轉3次，如果它的大氣層與地球的氮和氧大氣層大致匹配，那麼最終會得到一個看起來更適合的生命在上面。

博科園｜文：Fraser Cain/Universe Today

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