搞懂地球的「孿生姐妹」金星,或能重新定義「宜居」星球的含義

2020-12-04 迷離腦洞

天文學家通常稱金星為地球的雙胞胎,因為兩者的大小和質量都差不多。然而,從其他方面來說,如今地球和金星似乎完全不同。地球是一個充滿生命的鬱鬱蔥蔥的世界,而金星則是令人毛骨悚然的「地獄」。

金星(Venus)以羅馬愛神命名,是太陽系的第二個行星,其大小和密度與地球幾乎一摸一樣。但現在的金星則是一個地獄般的地方,濃密的二氧化碳雲層覆蓋著硫酸。它的表面壓力是地球的90倍,並且其表面溫度足以熔化鉛。

四十年前,美國宇航局(NASA)的「先驅金星」(Pioneer Venus)任務發現了誘人的暗示,即地球的「扭曲姐妹」星球可能曾經有過相當於海洋的淺水。戈達德空間科學研究所的 麥可·韋(Michael ·Way)博士(以下簡稱韋博士)在2019年EPSC-DPS聯合會議上提出的一項研究為維納斯的氣候歷史提供了新觀點,並且可能對系外行星在類似軌道上的可居住性產生影響。

為了觀察金星是否曾經有過穩定的氣候,能夠支持液態水的存在,韋博士和他的同事安東尼·德爾·吉尼奧(Anthony Del Genio)假設了不同水平的水覆蓋整個星球,創建了一系列五個模型來預測。

在這五種假設中,他們發現金星能夠在大約30億年的時間裡保持穩定的溫度,最高溫度約為50攝氏度,最低溫度約為20攝氏度。如果大約7 - 7.5億年前沒有發生一系列事件,導致儲存在金星巖石中的二氧化碳「釋放」或「消失」的話,今天金星的氣候可能還會保持溫和。

通過韋博士和同事研究的五種情形中的三種假設了現在看到的金星的地形,考慮了平均310米深的海洋,平均10米的淺水層和土壤中鎖定的少量水。為了進行比較,他們還加入了一個場景,包括地球的地形和310米高的海洋,最後是一個完全被158米深的海洋覆蓋的世界。

為了模擬42億年前、7.15億年前和今天的環境條件,研究人員採用了一個三維大氣環流模型,以解釋太陽在其生命周期中升溫導致的太陽輻射增加,以及大氣成分的變化。

「金星目前的太陽輻射幾乎是地球的兩倍。然而,在我們模擬的所有場景中,我們發現金星的表面溫度仍然適合液態水,」韋博士說。

在42億年前,金星剛形成不久,它就完成了一段快速冷卻的時期,它的大氣由二氧化碳主導。如果在接下來的30億年裡,地球以類似地球的方式進化,那麼二氧化碳就會被矽酸鹽巖石吸收並鎖在地球表面。到以7.15億年前為模型的第二個紀元,大氣很可能由氮和微量的二氧化碳和甲烷所主導——類似於今天的地球——並且這些條件可能一直保持穩定直到現在。

釋放氣體導致金星發生戲劇性變化的原因仍然是個謎,儘管可能與金星的火山活動有關。一種可能是大量巖漿冒泡,將熔巖中的二氧化碳釋放到大氣中。巖漿在到達地表之前就凝固了,這就形成了一個屏障,意味著氣體不能再被吸收。大量二氧化碳的存在引發了失控的溫室效應,導致金星現在的平均溫度高達462度。

在完全弄清楚金星是否適合居住的問題之前,還有兩個主要的未知問題需要解決。第一個問題與金星最初冷卻的速度有關,以及它是否能夠首先在其表面凝結液態水。第二個未知的是,這次金星表面重見天日的事件是單一事件,還是僅僅是金星歷史上百億年前一系列事件中的最新事件。

通過科學家的模型顯示,有一種真實的可能性,那就是金星可能曾經適合居住,並且與今天看到的金星完全不同。正如我們所知,在地球上,可能在宇宙的其他地方,水對生命至關重要。這個發現呼籲重新考慮人類,不僅僅是在太陽系,還有其他系外行星如何定義一個「宜居」的星球。

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