40億年前,太陽系曾有三個「地球」,為什麼現在只剩一個?

2020-09-20 一切交給時間

在太陽系,乃至整個宇宙中,地球是目前已知唯一存在生命的星球。人類已經對太陽系開展了一系列的探測,而且還在積極接收來自宇宙深處可能存在的外星文明信號,但結果都沒有在地球之外的星球上發現生命的痕跡。

三個「地球」

不過,如果把時間回溯到40億年前,太陽系中就有三個「地球」,它們上面都可能進化出了生命。其中一個「地球」當然就是我們現在這個地球,另外兩個分別是金星和火星。

這三顆星球都是巖質行星,表面是由固態的金屬和矽酸鹽組成。其中地球最大,金星的質量和半徑分別為地球的82%、95%,火星的質量和半徑分別為地球的11%、53%。

過去數十年,人類發射了不少的無人探測器前往金星和火星,結果發現這兩顆星球的環境都是非常惡劣。金星太熱,火星太冷,而且這兩顆星球上都沒有氧氣,至少地球生命無法在這樣的環境中生存,而且天文學家也沒有發現其他生命痕跡。

那麼,40億年前的金星和火星是怎樣的呢?為什麼現在的金星和火星會變成不毛之地,只有地球是宜居的呢?

根據太陽的輻射功率來計算,金星和火星也像地球一樣運行在宜居帶中,這意味著它們可以接收到適中的太陽輻射,從而可以讓其表面的水維持液態。天文學家根據目前金星和火星上的種種跡象推測,40億年前的金星和火星很可能都存在由液態水構成的海洋。

遠古金星

在最初的幾億年裡,金星是一顆溫暖溼潤的星球。在金星的原始海洋中,完全有條件進化出生命,它們或許與地球生命一樣是碳基生命,或許是其他生命形式。

不過,金星的宜居時間沒有持續太久。因為金星離太陽太近,而且太陽的溫度在逐漸升高,導致金星變得越來越熱,液態水大量蒸發掉。

與此同時,金星上的火山活動還在不斷釋放出具有很強溫室效應的二氧化碳。沒有了海洋,二氧化碳不會被鎖住,它們進入大氣中造成嚴重的溫室效應,使得金星上的溫度進一步升高。在地球上,海洋、植物以及礦物質吸收了大量的二氧化碳,所以地球不會因為強烈的溫室效應而變得過熱。

最終,金星的溫室效應全面失控,液態水完全蒸發殆盡,可能存在的生命也會隨之滅絕。根據金星探測器傳回的數據,目前金星大氣中的二氧化碳濃度高達96.5%,表面大氣壓是地球表面大氣壓的91倍。在這種極端溫室效應的作用下,金星全球基本上已經達到了熱平衡,表面的平均溫度高達464 ℃。

雖然現在的金星地表基本上不可能有生命,但一些天文學家推測,金星大氣中或許存在著某種奇特的生命。在距離金星地表足夠高的空中,大氣壓力適中,溫度也不高,那裡可能有條件合成出有機物,並進化出生命。

遠古火星

另一方面,遠古火星很可能也是宜居的星球。目前火星上遺留著大量被水衝刷過的地貌,而且存在一些只有在有水環境中才能產生的鐵礦,這些是遠古火星存在大量液態水的有力證據。那麼,火星又是如何變得不宜居的呢?

在目前的火星北極,存在一個巨大的盆地,其表面相當於火星表面積的五分之二,這個巨大的北極盆地是由一次大碰撞造成的。研究表明,大約在39億年前,一顆直徑大約2000公裡的矮行星(與冥王星差不多大)撞上了火星的北極。

這次大碰撞事件徹底改變了火星的核心,使得火星的內部活動迅速停止,從而導致火星的磁場逐漸減弱,並且最終幾乎消失。失去了磁場的庇護,強烈的太陽風逐漸吹散了火星大氣,液態水也隨之不斷蒸發殆盡,火星很快成了不毛之地。

目前,火星上幾乎沒有大氣,但在極地還存在一些水冰。另外,火星某些地區可能還會出現一些季節性的液態水,這種水中含鹽量很高,可以在低溫的火星環境中暫時保持液態。

火星上的溫度很低,平均溫度僅-63 ℃。如果未來人類想要殖民火星,第一件要做的事情應該是加強火星磁場,並製造大量的溫室氣體使火星升溫,讓火星上存在的固態水融化掉。

由於火星比地球小很多,它會比地球更快從形成時的熔融狀態冷卻下來,所以火星上出現的液態水時間可能會更早,這意味著火星生命也許會更早進化出來。如果是這樣,當其他天體撞擊火星時,被炸飛的巖石就有可能帶著火星生命進入太空中,然後有一天落到地球上,成為地球生命的起源。

火星北極發生大碰撞時,地球差不多在同一時期出現生命。從時間上來看,這是吻合的。另外,天文學家曾經在落到地球上的火星隕石中檢測出疑似生命的痕跡。地球生命也許起源於火星,但這還需要更多令人信服的證據。

此前,好奇號火星車在火星上的巖石中檢測出了一些含碳有機物,這或許是遠古火星有過生機的證據。甚至現在的火星上可能還有生命,它們並沒有在數十億年前走向滅絕,而是轉入火星地下,進化出了獨特的生存機制,以適應惡劣的火星環境。

「天選星球」

與金星和火星相比,我們的地球非常幸運。在過去數十億年來,地球一直都是宜居的星球,這裡曾出現過數以億計的物種。我們的地球猶如「天選星球」,與太陽的距離剛好適中,有一個能夠抵禦太陽輻射的磁場,從而可以讓包括人類在內的各種生命不斷繁衍生息。

雖然不排除目前太陽系中的一些星球(比如木衛二)也有生命,但那些星球與地球的環境迥然不同,絕大多數的地球生命都無法在那裡生存。至於太陽系外的宜居行星,目前遙不可及。在可以預見的未來,地球仍將會是人類在宇宙中賴以生存的唯一星球。

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