行星存在水的重要性

2020-09-07 天體生物學

太陽照耀著地球,當然也照耀著其他的行星,碳元素要想有更多的組合就離不開恆星的光子,陽光中的很多射線,尤其是紫外線對早期的生命分子的連結起了決定性的作用,但是這些射線同時就破壞連結好的分子,所以地球必須是這樣的地方。

分子在能量中滾動嘗試著各種組合,而一旦組合出了生命的雛形,又要能夠躲開組合過它們的過分強烈的能量,就到比較安全的地方去演化,地球上的海洋就是這樣的地方。

生命的庇護所——地球

在海洋的表面生命的分子,一定可以接受到太陽的紫外線,而當它們不需要紫外線的時候,就可以前往海洋的深處從而獲得安全,對於生命,水是至關重要的,水不僅能使元素自由,且是它的保護層,任何星球上都沒有持久的氧氣,因為氧氣是需要不斷地被製造出來的,而只有氧氣才能夠形成臭氧層,臭氧層只有幾十釐米厚,但卻比幾十公裡厚的其他大氣加在一起,還能更有效的阻擋太陽的紫外線,地球上的生命是唯一能夠製造氧氣的機器,在太陽系的所有星球上也只有地球有氧氣,然而地球的氧氣是後來因為有了生命活動才變得豐富的,因此在沒有足夠的氧氣之前,地球上必須要有水。

最關鍵的問題是,一個星球必須有水才有可能產生和保護生命,否則在沒有氧氣的時代,沒有任何其他氣體可以阻止太陽的紫外線傷害地面上的生命,然而水要求星球具有特殊的尺寸,也就是地球的尺寸,這是因為星球小了引力不夠,水分子根本就不可能形成液態。

太陽系裡離太陽最近的行星——水星

水星,就是一顆質量很小的行星,它的質量是地球的1/20,這個星球束縛不了任何活躍的物質,如氣體和水,水星完全沒有大氣,太陽中所有的能量都能毫無遮攔的傾瀉在它的表面,在被陽光直接照射的地方,地表溫度達到了400多度,在背陰處卻比地球的南極還冷的多,達到了零下的160度左右,而且即便在被太陽照射的地表的溫度像火爐一樣,但是在地表上方的20釐米處,溫度就立即下降到了零下幾十度,這就是由於沒有空氣,熱量馬上就被散發了。

如果讓一個人在水星的位置上面對太陽,那麼他的迎光面在肯定達到燙傷的程度時,背光面已經深度的被凍傷了,在水星上如果在陽光下放一盆水,那麼幾秒鐘就會沸騰蒸發,這不僅是因為水星的陽光太過猛烈,還是因為它的壓力等於0,水分子不能形成液態,即便陽光不那麼熱或者說只要沒有結冰,那盆水便會沸騰並頃刻間變成嫋嫋的水汽,這就像我們到了高原總是抱怨開水燒不到100攝氏度一樣。隨著海拔的增高,水的沸點就不斷地降低,在珠穆朗瑪峰頂上水在60度左右就達到了沸點。而在水星這樣的星球上,空氣比珠穆朗瑪峰的峰頂的空氣還要稀薄的得多,準確地說是根本就沒有空氣,所以水就沒有存在的基本條件。


離太陽比較近的行星之一——火星

火星的引力只有地球的1/3,但是比水星要大得多,火星上有相當於地球大氣1%的空氣,當然由於沒有生命的製造,這些稀薄的空氣中就沒有氧氣,基本上是二氧化碳和一點點沉重的惰性氣體,因為氣體越輕越活躍,地球上只有很少的氫氣,就是因為地球的引力還不足以拽住在宇宙中最輕的也是最活躍的氣體,火星上的空氣很少,這就意味著氣壓很低,因此火星上的水面對著比珠穆朗瑪峰上稀薄的大氣更稀的空氣狀態。

不管人們對於火星寄予了怎樣的生命希望,畢竟有一個非常令人沮喪的結論,火星上的水不能形成持久的液態,這個結論是表述得很謹慎的,因為火星畢竟不同於水星,它還是有一點點大氣的,所以水雖然要蒸發,但速度要慢一些,這就可以解釋為什麼在火星的表面發現了那麼多古老的河道。

火星探測器拍回的照片顯示在火星表面一定呈大規模地流淌類似水的液體,其長度甚至與長江黃河相仿,人們只是感到奇怪,火星上的河流不似地球上的河流沒有源頭,它們仿佛一下子冒了出來,浩浩蕩蕩一瀉千裡,於是人們只能猜測這些曾經遍布火星的大水,是一些突發的水流,它們沒有經過地球上的河流涓涓細流匯成大川的過程,而是從一個類似水庫的總發源地湧出,然後一路奔流而下,一邊掠過火星乾涸的表面,一邊迅速地蒸發,但是由於水量很大,超過了蒸發量,所以這些水就能在火星上形成幾千公裡的河道,這些河道不知是一次性洪水流過形成的還是它們的確存在過一個較長的歷史時期。

從目前發現的證據來看,這個過程不會超過1000年,其理由是火星上的河床中的石頭,沒有被打磨得像地球上的鵝卵石那麼光滑的外表,人們推測火星上出現過的大河,更應該準確定位在洪水的概念上,它們很可能是火星地殼中的巖漿活動,大面積的融化了火星地表下的冰所造成的結果,因為在地球以外,雖然幾乎沒有發現過液態的水,冰卻到處都有。

火星上的冰只要不融化就能長久的保存,如果融化了它們就會蒸發而且是永遠離開了火星,因為水分子變成氣體之後,火星就留不住它們了,火星的冰融化一次就少一次,所以火星上曾經出現過大洪水,不知動用了火星多少冰的儲備,但願火星上還有大量的冰,這對於人類將來開發火星是至關重要的。

人們對火星基於生命的希望,是因為它的地表能被人們用望遠鏡看的比較清楚而且又是順著陽光的方向距離最近,又沒有過厚的大氣層,所以往火星上發射探測器,便會引來全人類的關注,其實我們的要求並不高,哪怕只是找到一種微生物或一種細菌,人類就會感到極大的滿足,只要有一點點生命的跡象,就能證明宇宙中的生命形式在地球上的存在,就是宇宙中的普遍存在,地球不是一個特例,不是宇宙特別精心呵護的特區,我們希望證明生命的發生是宇宙的一個普遍機制。

當然找到地球外生命的形式,可以反過來推斷地球生命中很多令人撲朔迷離的環節,從而更好地解決整個宇宙生命起源的問題,但是到目前為止,火星上還沒有發現生命包括實實在在的和生命沾邊的跡象,火星就像是一個放大了的沙漠,一個充滿了塵暴的、乾燥的荒原,火星沒有植被、沒有地表蒸發,而整個星球幾乎就沒有小區域氣候,一旦颳風就席捲整個星球,在火星上作氣象預報比地球上要簡單多了,可以設一個全火星的氣象臺,因為它在一個地區監測到的氣象,基本上也就是整個星球的氣象,由於火星上的塵暴隨季節而變化並且在火星的表面移動,所以人們曾經誤以為發生塵暴的暗色區域是隨著季節變化的農作物,人們似乎認為火星比較乾燥,可能需要從它的極地去取水,而如此大面積覆蓋整個火星的植被,說明火星人的水利工程做得太出色了,當然這只是一個誤解。

小總結:行星存在水的重要性

火星和水星都首先是因為它們太小而失去了存在水的可能性,也就失去了存在生命的可能,沒有水,物質就不可能變得複雜,因為水是稍微複雜一點的分子相互聯絡的最好的媒介,而水的存在是一種極為苛刻的物理狀態的顯示,水的產生和保持的條件就是生命產生和保持的條件,只要在一顆星球上發現了水,就可以把這種發現與生命的必然存在聯繫起來,因為有水當然是指地表水就意味著起伏極小的溫度,穩定的氣壓,非常完善的氣候循環系統,當然這意味著應該有生命。

如果說地球是因為有了水才有了生命,那麼還有說地球上因為有了生命才能長久的保持水,破壞生態就是破壞生命對氣候的影響,而地球的氣候已經深深地被生命的存在所支配,如果給我們一個原始的地球,那麼所有現在的生命都幾乎無法生存,可以說是一代一代的生命支撐起了今天的藍天白雲。

在地球40億年的生命進程中,無數存在過的生命的屍體構成了我們立足的基石,這麼說其實並不過分,因為在我們的腳下的土地中,含有大量的碳酸鈣,著名的喀斯特地貌就是最典型的碳酸鈣地貌,它們能夠被雨水侵蝕出如桂林山水這樣的美麗風景,這當中碳酸鈣就是生命的屍體,否則它們就是二氧化碳,因為在自然界中二氧化碳是不能被無機物吸收的。

假如地球上沒有生命,地球就是一顆充滿二氧化碳的星球或者說地球上曾經有過的二氧化碳是今天的20萬倍,這就意味著地球早期的氣溫比現在要高出了100多度,這就是我們現在需要提到的另一個話題,太陽附近的另一顆行星。

在太陽系裡最有可能擁有生命的行星——金星

金星,實際上在太陽系裡最有可能擁有生命的除了地球就應該是金星了,因為它的大小和地球幾乎完全一樣,也就是說它的引力和地球一樣,前面說到水的存在條件,金星上也應該都具備,也許金星就是一個備用的地球,這在宇宙中大概是不多見的,也許就是因為同時有了地球和金星這兩個幾乎完全相同的星球,最終在太陽系裡出現了生命。

當然最終的幸運是屬於我們的,如果生命選擇了金星那也無可厚非,而這隻取決於太陽的狀態,假如我們的太陽比現在小一些,那麼很有可能幸運的就是金星,而不是地球。所謂的太陽狀態就是指它的溫度和引力,現在的太陽的溫度對於金星顯然是太熱了一些,而對於地球就是非常的合適,然而太陽只要溫度變化一點點(大約20度左右),它就會變得對金星合適而對地球不再合適了。所謂溫度變化就是太陽質量的大小,只要太陽比現在小1/10,那麼今天就有可能是金星上的生命在研究地球了。

地球和金星在溫度上的差異可能就是一場雨,因為早期地球表面的溫度也不低,但是那些在厚厚的大氣中遊蕩的分子,還是得到了機會能夠落到地表上,儘管40億年前地球上,幾乎就像是熱水浴一樣,但是畢竟能夠落了下來,而且由於當時地球上的二氧化碳非常的濃,地球的大氣壓也遠比今天高得多,所以水要達到150度以上才會沸騰,早期的地球到處都是沸騰的水,而早期的生命和有機物就是在這種情況下開拓混沌,這是一些多麼堅強的生命。

黃姤結語·生命的立足太重要了

一旦生命開始在早期地球的火燙的地面上增長,地球的命運就要由它們說了才算,這些生命最大的特點就是吃二氧化碳,這是它們唯一的食物,而陽光就是使它們能夠消化二氧化碳的酵母片,在光子的光合作用下,二氧化碳被分解成早期生命需要的碳和不需要的氧,正是這一簡單的分離,40億年之後宇宙中的智慧生命就誕生了。

早期生命不斷吞噬二氧化碳,這豐富的資源使地球生命繁衍得很快,從今天的地貌來看,喀斯特地形非常的普遍,也就是說早期的二氧化碳,如今幾乎在地球上裝修了一層地板,我們就是站在這層二氧化碳的地板上去眺望藍天白雲的。

也許就是這第1場雨沒有落在金星上,這場至關重要的雨可能落到離地面還有幾十米的時候就蒸發了,就差了這麼一點點,金星的生命連掙扎的機會也沒有了,因為再堅韌的生命也總是需要一個起碼的條件——水。

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