倒霉蛋金星 首先,強(qiáng)烈的太陽(yáng)輻射會(huì)蒸發(fā)海洋中的水,大量的水蒸氣會(huì)進(jìn)入到大氣中,由于水蒸氣是一種溫室氣體,它的增加會(huì)使氣溫升得更高,而更高的氣溫又會(huì)蒸發(fā)更多的水,使大氣中含有更多的水蒸氣,這樣,一場(chǎng)惡性循環(huán)便發(fā)生了,升高的氣溫帶來(lái)越來(lái)越多的水蒸氣,而越來(lái)越多的水蒸氣又使氣溫越升越高,最后的結(jié)局是,地球上的海洋被完全蒸發(fā)掉了。這樣的地球可不是我們喜歡待的地方。 美國(guó)的一位地球科學(xué)家曾做過(guò)一次模擬實(shí)驗(yàn),表明地球僅僅向太陽(yáng)的方向移動(dòng),縮短日地距離的5%,就會(huì)遭遇和金星相同的命運(yùn)。幸運(yùn)的地球之所以安然無(wú)恙,是因?yàn)樗幵谝粋€(gè)狹窄的“宜居帶”中,在那里,地球離太陽(yáng)不近也不遠(yuǎn),表面的溫度不高也不低,所以水可以呈液態(tài),不會(huì)蒸發(fā)殆盡,也不會(huì)始終凝固不化。 宜居帶的重要性在火星上也表現(xiàn)了出來(lái),火星也緊挨著地球,只是比地球離太陽(yáng)更遠(yuǎn)。由于它與太陽(yáng)的距離比地球遠(yuǎn),所以它的氣溫很低,沒(méi)有液態(tài)水。如果說(shuō)金星因太靠近太陽(yáng)而變成了一顆灼熱星球,那么火星就因太遠(yuǎn)離太陽(yáng)而變成了一個(gè)寒冷世界,這正好說(shuō)明,宜居帶決定了行星的命運(yùn)。 在宇宙中,宜居帶是所有恒星周圍可能存在的一塊風(fēng)水寶地,是令人神往的生命綠洲。天文學(xué)家們幾十年如一日打造巨大的望遠(yuǎn)鏡,一個(gè)主要目的就是想在太陽(yáng)系之外找到這種適宜生命存在的宜居帶。 真正的宜居帶在哪里 不過(guò)且慢,在模擬中地球科學(xué)家不僅把地球向著太陽(yáng)的方向移動(dòng)外,他也嘗試著將地球向著遠(yuǎn)離太陽(yáng)的方向移動(dòng),結(jié)果發(fā)生了什么呢?地球上的液態(tài)水并沒(méi)有在火星的位置上凝固不化,一直到了日地距離1.7倍的地方,水才最終被凝結(jié)住。 于是,問(wèn)題便出現(xiàn)了,在這次模擬中,地球穿出了宜居帶,為什么還可以存在液態(tài)水呢?假若地球沒(méi)有穿出宜居帶,為什么火星又是一顆不宜居住的寒冷星球呢? 其實(shí)答案并不復(fù)雜,簡(jiǎn)單地說(shuō),就是地球不是火星,地球更大的質(zhì)量使它比火星擁有更強(qiáng)的能力來(lái)穩(wěn)定自己的大氣,地球的板塊運(yùn)動(dòng)也使它擁有了火星所不具備的氣候調(diào)節(jié)能力,這種調(diào)節(jié)能力主要反映在碳循環(huán)的過(guò)程中,這個(gè)過(guò)程起到了某種“空調(diào)器”的作用,使地球上的氣候更適宜生存。 碳循環(huán)得從地球的火山活動(dòng)說(shuō)起,火山將地下的二氧化碳噴出地表,促進(jìn)了溫室效應(yīng)的形成,地球的表面因此變得溫暖起來(lái),大氣中有了更多的水蒸氣,雨水也多了起來(lái)。雨水落在地上,溶解于雨滴中的二氧化碳與巖石中的礦物發(fā)生反應(yīng),由此形成的化學(xué)物質(zhì)被雨水沖進(jìn)海洋里,在那里,進(jìn)一步的反應(yīng)產(chǎn)生了含碳的礦物質(zhì),沉積到海底,又最終被板塊運(yùn)動(dòng)拖進(jìn)了地幔中。 就這樣,二氧化碳的噴出和消失為地球的氣候建立了一個(gè)平衡,在過(guò)去的40億年里,這種平衡為地球創(chuàng)造了穩(wěn)定的氣候。然而火星只有地球的一半大小,它的內(nèi)部冷卻得很快,火山活動(dòng)因此停了下來(lái),大氣也失去了二氧化碳的來(lái)源,再加上火星的引力比地球小,它無(wú)法阻止自己的大氣向太空流失,于是火星的大氣極為稀薄,缺乏二氧化碳,溫度變得很低,液態(tài)水自然也就無(wú)法形成了。 火星和地球的不同說(shuō)明了什么呢?也許宜居帶并不能完全決定行星的命運(yùn),星球自身的某種狀態(tài),可以使它們?cè)谝司訋е庖廊粨碛羞m于生命存在的環(huán)境。 宜居帶外風(fēng)光無(wú)限 最近,另一所美國(guó)大學(xué)的研究小組也做了一些計(jì)算機(jī)模擬,他們想搞清楚的問(wèn)題是,行星的自轉(zhuǎn)軸傾斜度和自轉(zhuǎn)速度,是否能使行星在宜居帶之外保存足以維持生命生存的液態(tài)水。 在一些模擬中,研究人員故意傾斜行星的自轉(zhuǎn)軸,使其朝向太陽(yáng)的那個(gè)半球的夏天得以延長(zhǎng),與此同時(shí),他們也調(diào)節(jié)行星自轉(zhuǎn)的速度,例如使某一行星的自轉(zhuǎn)軸傾斜得和天王星一樣成90度,且自轉(zhuǎn)速度快于地球。在這種情況下,這顆行星的夏天熱到足以融掉極地的冰,融水還能保持液態(tài)。 這個(gè)模擬充分表明,生命所需的熱量并不一定要通過(guò)更靠近自己的恒星來(lái)獲得。 美國(guó)亞利桑那大學(xué)的研究小組專門研究一種能自己產(chǎn)生熱量的行星,這種行星往往離它們的恒星不是很遠(yuǎn),它們往往擁有一個(gè)橢圓的軌道,在公轉(zhuǎn)的時(shí)候,它們有時(shí)離它們的恒星很近,有時(shí)又離得很遠(yuǎn),于是來(lái)自恒星的引力便處在不斷變化中,這種引力把行星時(shí)而拉伸,時(shí)而壓縮,乃至于使它們的內(nèi)部物質(zhì)也發(fā)生了摩擦,從而產(chǎn)生了熱量。這樣的過(guò)程稱為“潮汐加熱”。 在宇宙中,紅矮星是數(shù)量眾多的一類恒星,它們的體積大多不足太陽(yáng)的三分之一,溫度也相對(duì)較低,釋放的光比太陽(yáng)弱很多,那么,紅矮星的周圍有沒(méi)有機(jī)會(huì)存在“宜居”的行星呢? 研究小組認(rèn)為,也許“潮汐加熱”能為紅矮星周圍的行星提供多余的熱量,從而補(bǔ)充紅矮星熱量的不足,這些科學(xué)家為紅矮星周圍的巖石行星設(shè)計(jì)了不同的軌道,在虛擬的環(huán)境中探索紅矮星引力對(duì)行星內(nèi)部物質(zhì)所產(chǎn)生的影響。 結(jié)果,來(lái)自行星內(nèi)部的熱量不僅能融化星球上的冰,還能激活火山活動(dòng),從而產(chǎn)生大氣層和溫室效應(yīng),這樣一來(lái),即便這些行星處在“宜居帶”之外,它們也同樣能為生命提供一個(gè)“宜居”的環(huán)境。 紅矮星旁的生機(jī) 除了潮汐加熱外,溫室效應(yīng)、云霧等因素也成了科學(xué)家們分析恒星周圍的行星是否“宜居”的重要因素。 比如葛利斯581是一顆紅矮星,它位于天秤座,距地球20.4光年,質(zhì)量大約為太陽(yáng)的三分之一。2007年,瑞士日內(nèi)瓦天文臺(tái)的天文學(xué)家們?cè)谶@顆星的周圍發(fā)現(xiàn)了一顆巖石行星。開始的時(shí)候,人們的計(jì)算表明,這顆行星處于宜居帶中,它的上面應(yīng)該有液態(tài)水,不過(guò)很快便有人指出,假若這顆行星擁有含溫室氣體的大氣層,它就更有可能變得太熱,乃至于失去液態(tài)水,而旁邊的另外一顆行星則有可能取代前者,成為一顆“宜居”的行星,因?yàn)檫@顆星的公轉(zhuǎn)周期為66.8天,處在第一顆行星的外圍,大約為地球到太陽(yáng)距離的四分之一。 分析表明,假若可能存在于第一顆行星上的溫室效應(yīng)發(fā)生在了第二顆行星上,那么后者就有可能發(fā)展成一顆“宜居”的行星,但這第二顆行星也有自身的問(wèn)題,它的個(gè)頭太大,乃至于可能不是一顆巖石行星,而第一顆行星假若是一顆被云霧所遮蓋的星球的話,它依然是適于生命存在的,因?yàn)樵颇茏钃鮼?lái)自恒星的輻射,同時(shí)也阻擋自身產(chǎn)生的紅外輻射散發(fā)出去,這樣的作用會(huì)使行星上的氣候變得更加難以預(yù)料。 所以,事情總是很復(fù)雜,對(duì)于紅矮星旁邊的行星來(lái)說(shuō),宜居不宜居,不完全看它們是否處在宜居帶中,還要看它們自身處于怎樣的狀態(tài)。 如今,科學(xué)家們已經(jīng)在太陽(yáng)系之外發(fā)現(xiàn)了大約400顆行星,而將來(lái)發(fā)現(xiàn)系外行星的速度還會(huì)加快?,F(xiàn)在人們意識(shí)到,宇宙中的生命很有可能會(huì)超越宜居帶,出現(xiàn)在令人難以置信的地方,也許,宜居帶之外的風(fēng)光并非總是一片荒涼。 |
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