什么样的行星“宜居生命”?

杨洋

人类目前为止只知道地球上有生命的存在，但其他与地球条件类似的行星上是否也有类似地球的生命?科学家相信：在宇宙中凡是具有生命诞生条件的天体上，都有可能出现生命。哥白尼的理论告诉我们，我们的地球只不过是一个典型的行星系中的一颗典型的行星而已，毫无特别之处。所以要想找到地外生命，第一步是寻找与地球类似的“宜居行星”。科学家利用开普勒天文望远镜寻找的，是一个个跟我们地球世界差不多大小，在与地球差不多的绕恒星轨道上运行的“宜居行星”，这样行星上的温度变化也会与地球类似。

不久前，美国宇航局已经借助开普勒望远镜确认首颗位于太阳系外、处于“宜居带”内的行星。这颗被命名为“开普勒-22b”(Kepler-22b)的行星体积约为地球的2.4倍，表面温度约为70华氏度(相当于21℃)，这是适宜生物生存的温度，此外，这颗行星上还可能有液态水。这是目前被证实的从大小和运行轨道最接近地球形态的行星，它也像地球围绕太阳运转一样每290天环绕着一颗类似于太阳的恒星。也许你会问，“开普勒-22b”是“宜居行星”吗?如果找到了“宜居行星”，那么距离找到宇宙中的另一个“地球”还有多远呢?

“宜居行星”要满足

哪些条件呢?

首先，宜居行星必须是类地行星。太阳系有两类行星：一类叫类地行星，一类叫类木行星。类地是具有岩态表面，而类木呢，是气态表面。对于地球生命来说，类木行星不适宜居住，因为它是气态的，生命没有落脚点。目前科学家还不确定“开-普勒-22b”这颗行星的组成主要为岩石还是气体或液体，因此不能确定它就是类地行星。如果它不是类地行星，就更谈不上是“宜居行星”。

其次，这个行星必须与地球大小相似。如果行星太小，不仅会因为引力太小而使大气四散逃逸，而且还会留不住足够的水。同样，行星太大了也不行，因为太大的行星会把过多的氢气、甲烷和氨气留下来，同样使生命无法诞生或生存。

第三，它必须是在宜居带附近的行星。

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。距离太近，水会立即蒸发；反之，距离太远，水又会结冰。太阳系共有8颗行星，只有地球上存在宜人的气温，使水能以液态形式长期存在于地表之上。根本原因在于，地球到太阳的距离既不太近，也不太远，接受到的太阳辐射刚刚好，在它的表面才会有液态水存在。在行星科学中，这个距离范围称为“宜居带”。天文学家计算的结果表明，如果地球的轨道比现在的实际轨道只要小5％的话，那么在地球形成的早期阶段，就会发生无法控制的温室效应，就像现在金星上那样，地球上的温度会将所有的海洋都蒸发干净。如果地球离太阳的距离再大1％，那么地球上早在20亿年以前，就会发生无法控制的冰川作用，就像现在的火星那样，使所有的海洋全部冻结起来，地球上的温度将会处在-50℃。在那样的环境中，是不可能演化出任何生物来的。“宜居带”指行星距离恒星远近合适的区域，在这一区域中，恒星传递给行星的热量适中，行星既不会太热也不太冷，在这一温度可能有液态水。“开普勒-22b”围绕着一颗类似于太阳的母恒星旋转，这颗恒星发出的光比太阳光弱大约25％，因此那里的宜居带要比太阳系里的宜居带更靠近恒星一些。而在另一方面，“开普勒-22b”到母恒星的距离又比地球到太阳的平均距离近了大约15％，恰好使它舒舒服服地落在了宜居带中。因此，如果新行星的性质与地球相似，液态水就可以在那颗行星的地表上长期存在。

“宜居行星”不一定“宜居生命”

但仅仅满足上述条件，所谓的“宜居行星”就一定满足有生命的条件吗?答案是否定的。即使人类找到“宜居行星”，这颗行星的自转角度是多少?拥有怎样的大气?表面由什么物质构成?是否拥有类似地球的陆地和海洋?还是无从得知。一些科学家认为，我们的地球生命存在的环境是由许多偶然巧合形成的，存在太多的不确定因素，因此生命将是极其不寻常的现象。假如下面所述的事情有一件发生了，地球上将没有生命。

地球为什么得天独厚?

1.假如太阳寿命不够长

太阳自诞生以来已经过了46亿年。这样长的时间足够生命的诞生和进化。今后大约50亿年，太阳还能够稳定发光。如果太阳的寿命不够长，很快就会发生“超新星爆炸”而毁灭，那么在太阳周围的行星上自然不会有足够的时间诞生出生命。

2.假如地球自转轴的倾角不是23.4°

地球有温和的季节变化，多亏了自转轴有23.4°的绝妙倾角，确保了地球E即使是在最寒冷的极地和最炎热的沙漠之间也不会存在太过极端的气温差。如果地球的自转轴没有倾角或者倾角小于50时，赤道区域将首当其冲受到来自恒星强烈光照，两极地区由于缺少光照变得更加寒冷，温度不呈现季节性起伏，这种情况将使地球跌入世界末日：赤道异常高温，而两极却天寒地冻。

3.假如没有木星这个庞然大物的保护

地球的外侧有一个巨大的木星，其质量是地球的300多倍，而体积则是地球的1300多倍。就是把太阳系中其他大行星的质量加在一起，还不到木星的一半，若与地球相比，它确实是个庞然大物。恰恰就是这个庞然大物，像一个天然的屏障一样，以其巨大的吸引力，吸走了许多本来应该撞到地球上的大大小小的天体。有人计算的结果表明，如果没有木星的保护，地球遭受外来天体撞击的次数就会大大增加。据科学家研究证明，数亿年前，来自太阳系边缘各个方向的较大彗星有许多朝向地球运行，但是它们均被木星所抵挡，使得地球上的生命保存至今。

4.假如地球自转速度太慢

假如地球的自转速度比现在慢，结果怎样?我们假定地球一年只自转一周，也就是地球围绕太阳公转一次，地球也正好自转一次。在那种情况下，地球总是以其特定的一侧半球朝向太阳，永远是白天，而另一侧半球则总是背向太阳，永远是黑夜。永远是白天的半球，液态水迅速蒸发，不久就会完全消失。蒸发的水随空气流动到黑夜一侧半球。由于这里气温低，到这里的水蒸气会变成雪降落到地面。降下的积雪不会融化，不久便会成为冰川。那样的地球，结果白天半球为一片沙漠，而黑夜半球到处是巨大的冰川。

5.假如没有月球

本来，地球自转轴的倾角也有很大变动，不过地球有些特殊，它的近旁有一个异乎寻常大的月球，月球半径是地球半径的27％(1738千米)，同太阳系的其他行星的卫星比较起来，地球的这个卫星的大小相对于母行星大小的比例确实大得异乎寻常。多亏有这样一个大卫星，地球自转轴倾角的变动幅度才被限制在正负1°的范围以内。地球自转轴的倾角不稳定会使其气候频繁变化，环境自然要比现在地球环境恶劣得多。

6.假如地球上的大气中没有氧气

地球的大气中有约20％的氧气，而火星或金星的大气基本上不含氧气，仅从这一点看，地球也是非常特殊的行星。地球大气存在氧气，是植

物和藻类等生物进行“光合作用”的结果。据推测，最早产生氧气的生物是一种叫作蓝藻的原始细菌。关于蓝藻出现的年代目前尚不能确定，但是知道大气中氧气浓度是在22亿年前开始急剧上升。22亿年前，那正是地球从被冰层完全覆盖的“雪球地球”状态解脱出来的年代，这个状态一结束，地球大气的氧气浓度立即急速上升。科学家解释了出现这种现象的理由：在地球完全被冰川封闭起来的时期，太阳光无法到达冰层的下面，自然基本上不会有光合作用。不过，在那段时间，会从深海的热液喷口源源释放出一类营养物质，因此海水中应该含有丰富的营养。所以，冰层一旦融化，原来零星活下来的那些藻类便能够得到丰富的营养快速进行大量繁殖，活跃地进行光合作用，从而导致氧气浓度急速上升。地球就这样变成了一个含有大量氧气的行星。有了氧气，生命才得以扩张到陆地。大气中的氧气产生臭氧层，保护生命不受紫外线的伤害。

7.如果地球没有磁场

太阳不仅发光，还在不断地向外辐射粒子(主要是质子)，太阳发出的这种粒子流叫作“太阳风”。太阳风对生命有害，还能够吹散行星的大气。太阳风如果直接来到地球，地球很可能就维持不住现在这种适宜生命活动的环境。地球磁场为生命提供了安全保障。假如没有地磁场，从太阳发出的强大的“太阳风”，就不会受到地磁场的作用发生偏转而直射地球。在这种高能粒子的轰击下，地球的大气成分可能不是现在的样子，生命将无法存在。

8.如果地球大气二氧化碳太多或太少

大气中的二氧化碳，不仅通过温室效应，将太阳辐射到地球上的热量保存在地球表面，而且，也许更加重要的是，二氧化碳还作为必不可少的原料参加了光合作用，从而为一切生命的生存提供了必不可少的物质基础。但是二氧化碳也是一把双刃剑，如果大气中的二氧化碳太多，就会导致过于强烈的温室效应，从而使地球表面的温度过高而摧毁一切生命存在的基础。二氧化碳太少呢，又会导致太阳照射到地表的热量大量散失，结果就会使温度降到冰点以下，液态的水都变成了固体的冰，同样会扼杀了一切生命。

9.假如地球地壳太薄或太厚

地球是怎样保持了适当的二氧化碳的含量呢?这样一种调节气温的机制之所以能够发挥作用，是因为覆盖地球表面的“构造板块”在缓慢运动。地球不断有火山活动，它们发生在板块俯冲和海底洋脊等各个地点。正是这些不断的火山活动向大气提供了二氧化碳。如果火山活动停止，断绝了二氧化碳的来源，那么大气中的二氧化碳经过数十万年就会被全部消除，到那时地球就会完全冻结。因此，地壳的厚度是非常重要的，如果太厚，地壳会把大量的氧气聚敛起来，以氧化物的形式固定在地表之下而使地球大气缺氧。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存在的物质基础。

我们的地球如果不满足以上任何一条，都不可能出现生命。这么多偶然的因素凑在一起，才使地球具有了生命演化和生存的条件。地球的得天独厚是偶然性吗?我们相信，在宇宙中，凡是具有生命诞生和繁衍所需要条件的天体上，都可能出现生命，因此生命不是地球所独有的。但是，对照地球，我们发现在另一个星球上要出现生命是多么不容易的事情。

【责任编辑】蒲晖