地球几十亿年来真的宜居吗,只能说我们太幸运
在地球上的任何地方,无论在空气、海洋、陆地亦或是地下深处,我们几乎都能看到生命的存在。
地球过去曾发生过大规模的物种灭绝事件,有些甚至灭绝了大部分生命。然而,自从生命在地球上出现以及不断进化以来,还没有任何事件彻底灭绝过生命。这意味着,尽管曾发生过许多生命灭绝和其他重大事件,但在过去 30 亿到 40 亿年内,地球气候始终保持着相对稳定的状态 。
图 1:艺术渲染图中描绘了没有水的地球 (左),右图则是从太空中看到的地球实貌
这其实是非常奇怪的。我们知道,像太阳这样的恒星随着 "年龄"的增长会变得更热。很久以前,太阳大约要比现在暗 30%。这意味着古老的地球要么应该是个冰冻的固体,要么就非常暖和甚至滚烫。然而事实上,地球并未出现过这两种极端情况。这被称为 "黯淡太阳悖论"(Faint Young Sun Paradox)。
许多科学家假设地球拥有某种 "恒温器",可以帮助地球平衡系统,从而不会变得太热或太冷。这其实是个 "负反馈系统",即如果地球变暖,"恒温器"就会以某种方式发挥作用,帮助地球降温。
图 2:白垩纪末期的艺术渲染图
但我们知道,地球还存在 "正反馈系统"。如果人们向空气中释放过多的二氧化碳,海洋就会变暖,这会让海洋释放更多的二氧化碳,这就形成了恶劣的 "反馈循环"。但如果空气中的二氧化碳太少,地球就会冻结成固体。所以,也许我们非常幸运,地球上的环境只是碰巧在生命存在的亿万年里保持稳定。
那么从科学角度讲,这是偶然,还是某种机制在发挥作用?亦或是两者兼而有之?
为了找出答案,科学家们进行了实验,创造了 10 万颗行星模拟机制。在这些行星中,每颗都被赋予随机的气候反馈条件,有些是负反馈,有些是正反馈,并跟踪了它们 30 亿年的温度变化。为了简单起见,科学家们没有模拟其他变量,例如水分含量或可呼吸大气。科学家们想要知道,是否有行星能像地球那样长时间保持适宜生命生存的温度。
模拟反馈并不是基于空气中二氧化碳水平这样的真实反馈。相反,科学家们给行星分配了随机的数学反馈,通过输入严格的数字来看看到底会发生什么。同时,科学家们还在随机时间放大随机变量,以模拟导致温度剧烈变化的外部因素,类似于小行星撞击或超级火山喷发等。
然后,科学家们让每颗行星模拟运行 100 次,其中的变量稍有变化,看看温度会发生什么改变。这里的重点不是创建完整的气候模拟,而是看单个因素在星球的宜居性中扮演何种重要程度的角色。
科学家检验了两个假设:第一个假设是反馈没有影响,所以是随机波动决定了星球上的气候环境。如果某颗行星保持宜居温度数十亿年,这只是纯粹的偶然;第二个假设是,无论是负面的还是正面反馈,成功或失败都是必然的,单个因素不起太大作用。
换句话说,科学家希望了解气候反馈是否真的是地球如此长时间保持宜居状态的原因,或者我们只是足够幸运而已。如果某颗行星的温度在 30 亿年的模拟中保持相对稳定,那么它就被认为是宜居的。
图 3:与地球相似的系外行星艺术渲染图
科学家发现模拟的结果很有趣。在 10 万颗行星中,在每颗行星的 100 次模拟运行中,有 9% 至少成功了一次。有些行星成功了两次甚至三次。但是在 100 颗行星中,只有 1 颗行星能成功运行 100 次,表明没有任何因素能阻止其成为宜居星球。
总的来说,通过观察这些结果以及它们是如何发生的,科学家的结论是,反馈和随机因素都在行星保持适宜温度过程中发挥了作用。但显然,"命运偏爱有准备的星球。"
那么,我们能不能将这个结论应用到地球上,即我们拥有的反馈和随机因素保证了我们星球的宜居性?如果我们回到过去,稍微改变下环境,我们还会拥有宜居的环境吗?
上面只是个非常简单的测试,科学家们应该做更复杂的测试。毕竟,地球已经有几次接近临界点。所以不难想象,小行星撞击或其他因素会让地球不再宜居。但根据模拟可以得出这样的结论:大多数与地球相似的系外行星都不适合生存,而像地球这样的行星是个例外。
好奇号在火星盖尔陨石坑发现古代大洪水痕迹几十亿年前,火星上的盖尔陨石坑曾经有一个湖泊或一系列湖泊,有溪流注入。现在,来自好奇号火星车的新证据表明,大洪水也曾经冲刷过这个地区。这是由KevinGill用电脑生成的火星复原图
SpaceX稍后将进行其第100次猎鹰火箭发射任务IT之家8月18日消息SpaceX将于美国东部时间8月18日上午10时31分(北京时间晚2231分)于佛罗里达州40号航天发射基地使用猎鹰9号运载火箭发射其第11批的星链卫星,其中
宇宙是弯曲的吗?科学家在寻找最初的光北京时间12月9日消息,据国外媒体报道,宇宙形状是宇宙学中最重要的问题之一,具有深远的影响,甚至能够为我们揭示宇宙的最终命运。几十年来,天文学家一直在测量中比宇宙当成几何意义上的平
在接下来50年间,宇宙还有哪些谜团尚未揭开?北京时间12月5日消息,据国外媒体报道,1900年,著名物理学家开尔文勋爵在英国科学促进会上宣称物理学界已经不会再有什么新发现了。但这么说简直大错特错。在接下来的一个世纪里,物理学
麻省理工模拟早期宇宙介于暴胀和大爆炸之间北京时间12月3日消息,据国外媒体报道,宇宙大爆炸理论称,大约138亿年前,宇宙发生了一场大爆炸由一个体积无限小,无比致密的奇点状态,开始膨胀冷却,并引发一系列反应,造就了第一批恒
意大利宇航员太空警示没有比地球家园更好的星球了北京时间11月7日消息,据美国太空网站报道,目前,意大利宇航员卢卡帕尔米塔诺(LucaParmitano)向联合国发送的重要信息显示,当前应高度关注气候变化,并保护地球生态环境。帕
科学家探索磁星起源宇宙中最强大的磁体新浪科技讯北京时间11月5日消息,宇宙中最强的磁体是什么?它们又是如何由中子星演变而来?一个由德国和英国天体物理学家组成的团队找到了这个问题的可能答案。研究人员用大型计算机模拟演示
SpaceX星际飞船SN6准备就绪,拟第二次短程飞行测试太空探索技术公司SpaceX正在调换两款几乎完全相同的星际飞船(Starships)原型的位置,以便对本月早些时候参加首次低空短程飞行的原型进行修复,同时为使用新原型进行第二次短程
SpaceXULA与美国太空部队已达成数十亿美元的NSSL发射合同IT之家8月10日消息据外媒CNBC报道,美国空军上周五决定授予火箭联合发射联盟(ULA)和SpaceX价值数十亿美元的NSSL发射合同。IT之家了解到,在这些合同中,ULA赢得了
卫星图揭示南极帝企鹅新栖息地北京时间8月7日消息,在一项新研究中,英国南极调查局(BAS)的科学家从太空图片中发现了南极洲企鹅活动的新线索。这些企鹅的粪便污迹表明,它们建立了一些新的栖息地,但这些地点大多位于
NASA毅力号火星车发射升空,它携带了哪些特殊设备北京时间7月30日消息,美国东部时间7月30日上午7点50分(北京时间19点50分),搭载美国国家航空航天局(NASA)毅力号火星探测器的阿特拉斯V541火箭从卡纳维拉尔角空军基地