宜居行星真的能“宜居生命”吗,是否可以产生类似地球的生物?

如题所述

第1个回答  2022-07-18
到目前为止,科学家认为地球上的生命与地球上的生命相似。

哥白尼理论告诉我们,我们的地球只是典型行星系中的一颗典型行星,没有什么特别之处。因此,要找到外星生命,第一步就是找到一颗与地球相似的“宜居行星”。科学家们正在使用开普勒望远镜寻找与我们地球世界差不多大小,并围绕着与地球相似的恒星运行的“可居住行星”。这样一来,这些行星上的温度变化将与地球相似。

在开普勒望远镜的帮助下,美国宇航局已经确定了太阳系外宜居最热门的行星。这颗行星名为开普勒-22b,体积约为地球的2.4倍,表面温度约为华氏70度(相当于21摄氏度),适合生物生存。此外,这颗星球上也可能有液态水。在大小和轨道上,它是距离地球最近的一颗行星,它每隔290天就环绕“太阳”一周。你可能会问,“开普勒-22b”是“宜居星球”?如果你找到了一颗“可居住的星球”,离在宇宙中找到另一颗“地球”还有多远呢?

首先,一个可居住的行星必须是类似地球的行星。太阳系中有两种类型的行星:类地行星和类木行星。地球表面有岩石表面,而类木行星表面是气体表面。对于地球上的生命来说,类木行星不适合居住,因为它是气态的,生命没有立足点。科学家们不确定开普勒-22b是否主要由岩石、气体或液体组成,因此无法确定它是一颗陆地行星。如果它不是一颗陆地行星,它就不是一颗“可居住的星球”。

其次,这颗行星的大小必须与地球相似。如果行星太小,不仅重力太小,使大气分散逃逸,而且无法留住足够的水。同样,太大的行星也不能,因为太大的行星会留下太多的氢、甲烷和氨,使生命无法诞生或存在。第三,它必须是一颗靠近宜居带的行星。

我们知道决定地球表面温度的一个重要因素是地球到太阳的距离。如果距离太近,水会立即蒸发;否则,如果距离太远,水会再次结冰。太阳系中有八颗行星,只有地球温度宜人,所以水才能以液态形式长期存在于地表。根本原因是地球与太阳的距离既不太近也不太远,接收到的太阳辐射正好合适,所以地球表面会有液态水。在行星科学中,这一距离范围被称为“宜居带”。

天文学家的计算结果表明,如果地球轨道只比当前实际轨道小5%,那么在地球形成的早期,就会出现不可控的温室效应。就像在金星上一样,地球的温度会蒸发掉所有的海洋。如果地球与太阳的距离再扩大1%,那么早在20亿年前,地球上就会出现不可控的冰川作用。就像现在的火星一样,所有的海洋都将被冻结,地球上的温度将是-50℃。在这样的环境中,任何生物都不可能进化。

“宜居带”是指行星离恒星近或远的区域。在这个区域,从恒星到行星的热量是中等的,而且行星既不太热也不太冷。在这个温度下,可能有液态水。开普勒-22b围绕一颗类似太阳的母恒星旋转,它发出的光比太阳少25%,因此那里的宜居带比太阳系中的宜居带离恒星更近。另一方面,开普勒-22b距离母恒星的距离比地球到太阳的平均距离要近15%,这使得它可以舒服地落在宜居区。因此,如果这颗新行星的性质与地球相似,液态水可以在该行星的表面长期存在。

但是,只有满足上述条件,所谓的“宜居星球”才会满足生命存在的条件?答案是否定的,即使人类找到了一个可居住的行星,这个行星的自转角是多少?你有什么样的氛围?表面是由什么构成的?你有像地球一样的陆地和海洋吗?还是没办法知道。一些科学家认为,我们地球上生命存在的环境是由许多偶然的巧合所形成的,而且有太多的不确定因素,所以生命将是一种极其不寻常的现象。如果发生下列任何一件事,地球上就没有生命了。

1.如果太阳的寿命不够长

太阳诞生至今已有46亿年。这么长的时间足够生命的诞生和进化。在接下来的50亿年里,太阳仍然能够稳定地发光。如果太阳的寿命不够长,就会出现“超新星爆炸”和毁灭,那么围绕太阳的行星上就没有足够的时间孕育生命。

2.如果地球自转轴的倾角不是23.4度

地球具有温和的季节变化,这得益于其旋转轴23.4°的奇妙角度,这确保了地球即使在最冷的极地地区和最热的沙漠之间也不会有太大的温差。如果地球自转轴没有倾角或倾角小于50,赤道地区将首当其冲地受到来自恒星的强烈阳光的冲击。由于缺乏光照,极地地区变得更冷,温度没有季节性波动。这种情况将使地球陷入世界末日:赤道轨道非常炎热,而两极却处于冰冻状态。

3.没有木星的保护

在地球的外侧,有一颗巨大的木星,它的质量是地球的300多倍,体积是地球的1300多倍。如果你把太阳系其他行星的质量加起来,它还不到木星质量的一半。与地球相比,它确实是个巨人。正是这个巨大的,像一道天然屏障,以其巨大的吸引力,吸走了许多本该撞击地球的大小天体。有人的计算结果表明,如果没有木星的保护,地球被异物撞击的次数将大大增加。据科学研究,数亿年前,许多来自太阳系边缘四面八方的大型彗星向地球移动,但它们被木星阻挡,使地球上的生命依然活着。

4.如果地球自转太慢

如果地球自转比现在慢,会发生什么?我们假设地球每年只自转一次,也就是说,地球绕太阳自转一次,地球自转一次。在这种情况下,地球总是以其特定的半球面向太阳,总是白天,而另一个半球总是背对着太阳,总是晚上。它总是白天的半球。液态水迅速蒸发,很快就会完全消失。蒸发的水随空气流向暗半球。因为这里温度低,这里的水蒸气会变成雪,落到地上。雪不会融化,很快就会变成冰川。因此,白天的半球是沙漠,而黑暗的半球则充满了巨大的冰川。

5.如果没有月亮

原来,地球自转轴的倾角也有很大的变化。然而,地球有点特殊。它附近有一颗异常大的月亮。月球的半径是地球半径的27%(1738公里)。与太阳系其他行星的卫星相比,地球的这颗卫星的大小与它的母行星的大小比例确实非常大。由于有这么大的卫星,地球自转轴倾斜角的变化被限制在正负1度。地球自转轴的不稳定倾斜会使其气候变化频繁,自然环境比现在的地球恶劣得多。

6.如果地球大气中没有氧气

金星大气中的氧气非常少,大约占地球大气的20%。地球大气中氧气的存在是植物、藻类和其他生物光合作用的结果。据推测,最早的产氧生物是被称为蓝藻的原始细菌。不知道蓝藻是什么时候出现的,但我们知道22亿年前,大气中的氧气浓度开始急剧上升。22亿年前,地球从一个完全被冰雪覆盖的“雪球地球”状态中解放出来。一旦这种状态结束,地球大气中的氧气浓度就会迅速上升。科学家解释原因:当地球被冰川完全包围时,阳光无法到达冰层底部,基本上没有光合作用。但在这段时间内,深海热液喷口会释放出一类营养物质,因此海水中应该富含营养物质。因此,一旦冰层融化,零星生活的藻类可以获得丰富的营养,迅速繁殖,积极进行光合作用,导致氧气浓度迅速增加。就这样,地球变成了一个富氧的星球。有了氧气,生命可以延长到陆地。大气中的氧气产生臭氧层,保护生命免受紫外线辐射。

7.如果地球没有磁场

太阳不仅发出光,而且不断向外辐射粒子(主要是质子)。这种由太阳发射的粒子流被称为“太阳风”。太阳风对生命有害,可以吹走行星的大气层。如果太阳风直接吹向地球,地球可能无法维持目前适合生命活动的环境。地球磁场为生命提供安全保障。如果没有地磁场,太阳发出的强烈“太阳风”就不会被地磁场偏转,直接撞击地球。在这种高能粒子的轰击下,地球大气层的组成可能不是现在的样子,生命也将不复存在。

8.如果地球大气中的二氧化碳太多或太少

大气中的二氧化碳不仅保存了太阳通过温室效应向地球辐射的热量,还作为一种必不可少的原材料参与光合作用,为所有生命的生存提供了必不可少的物质基础。但二氧化碳也是一把双刃剑。如果大气中二氧化碳含量过多,会导致温室效应过强,使地球表面温度过高,破坏一切生命的基础。二氧化碳太少会导致太阳热量大量流失到地球表面。结果,温度会降到冰点以下。液态水会变成固体冰,也会杀死所有的生命。

9.假如地球地壳太薄或太厚

地球如何保持适当水平的二氧化碳?这种机制之所以起作用,是因为覆盖地球表面的“板块”运动缓慢。地球上有持续不断的火山活动,火山活动发生在板块俯冲、海底脊等多处。正是这些不断的火山活动为大气提供了二氧化碳。如果火山活动停止,切断二氧化碳的来源,大气中的二氧化碳将在几十万年内被彻底消除,地球将完全冻结。因此,地壳的厚度非常重要。如果太厚,地壳会聚集大量氧气,以氧化物的形式固定在地球表面之下,从而使地球大气缺氧。但是,如果地壳太薄,过多的火山活动和构造运动会破坏生命的物质基础。

如果我们的地球不满足上述任何一个,就没有生命。如此多的偶然因素加在一起,使地球具备了生命进化和生存的条件。地球的独特性质是偶然的吗?我们相信,在宇宙中,生命可能出现在任何具备生命诞生和繁殖条件的天体上。因此,生命不是地球独有的。但是当我们观察地球时,我们发现在另一个星球上有生命是多么的困难。
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