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[探索] 地球为何能孕育生命？科学家引人深思的答案：靠运气

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oiyryw 发表于 2021-1-21 23:52:15 | 只看该作者 打印 上一主题 下一主题
 
生命最初是怎样孕育的，一直是困扰科学家的最大难题。我们解决了无数科学谜题，却始终不知道自己是怎么来的。

地球为何能孕育生命？科学家引人深思的答案：靠运气 第1张图片

生命，宇宙的奇迹

生命的孕育有一个基本条件，那就是行星要具备宜居性。我们不知道外星生命需要怎样的生存环境，但根据目前人类的研究，地球这样的环境和气候至少对于我们这样的生物来说是最适宜的。

行星宜居了，就能孕育生命吗？哪有那么简单！科学家最近的一项研究告诉我们：即使是像地球这样的宜居行星，也不是说孕育生命就能孕育的。尤其在总结了近些年来地球的气候变化，科学家忍不住发出感叹：地球能孕育生命，真的是撞大运了！

要知道，地球形成是大约45亿年前的事。大约在距今39亿年前，最早的单细胞生物出现。它用了34亿年的时间，才在寒武纪演化出复杂的生物。至于人类这样的智慧生命，大约用了将近40亿年才演化出来。

地球为何能孕育生命？科学家引人深思的答案：靠运气 第2张图片


在这个漫长的岁月里，如果地球遭受到某些重大的变故，可能生物就不复存在了。仅仅是最近几十年来，全球气温升高了极小的幅度，就已经给全世界的生态环境带来了巨大的影响。可以想象，如果把时间尺度拉大到以亿年为单位来看，势必有更加巨大的气候变迁，给地球生物以迎头痛击。

更加令人担忧的是，科学家的计算结果表明，地球在理论上的确有在仅仅几百万年的时间里就升温到沸点以上或者降温到冰点以下的。因此，地球环境能够在这几十亿年的时间里始终保持宜居的环境，不得不说是一个奇迹。
幸存的地球生物


地球为何能孕育生命？科学家引人深思的答案：靠运气 第3张图片


实际上，环境的变化并不仅仅停留在理论上。最近30亿年的时间里，地球环境确实经历过巨大的变化，其中一个重要因素就是太阳温度的变化。随着太阳不断地燃烧，它的温度会不断地升高，这就很有可能导致地球气温不断上升。有科学家推测，再过10亿年，地球气温甚至可能达到100℃，届时地球将会变成炼狱。

按照这个理论，远古太阳要比现在冷得多。根据科学家的推测，从地球生命刚刚出现到现在，太阳的亮度增加了30%左右。

那个时候，地球的气温应该和现在差不多，所以才会有单细胞生物在海洋中诞生。理论计算表明：地球今天的温度应该比那时候高得多，甚至超过100℃。那么问题来了，为何这30多亿年的岁月里，地球还能保持适宜的温度呢？

地球为何能孕育生命？科学家引人深思的答案：靠运气 第4张图片


这个问题，被科学家们称为黯淡太阳悖论，他们为此提出了两种可能的猜想：
    第一种猜想认为，地球有一种或几种我们尚未发现的气候调节机制，能够通过对气候变化的反馈来防止地球气温过于偏离宜居气候；还有一部分科学家猜想，地球没有那么神奇，只是凭运气度过了那些危机，完全是小概率事件的结果。

近些年来，科学家们对于第二种猜想的支持越来越多，并且认为这也是宇宙中有那么多宜居行星却只有极少数能够真正孕育生命的原因。迄今为止，我们已经观测到了超过4000颗系外行星，其中不乏有位于宜居带的超级地球。根据这样的比例，科学家推测，仅仅是我们的银河系内就有至少20亿颗行星至少从环境上具备孕育生命的基础。

地球为何能孕育生命？科学家引人深思的答案：靠运气 第5张图片

惊人的模拟

限于目前的航天和观测技术，我们显然不可能直接看到它们表面的环境。因此，南安普顿大学地球系统科学教授Toby Tyrrell通过建模的方式，模拟了常见的行星表面的气候演化过程。

在这个模型中，他一共创建了10万颗行星，并且为它们设置了不同的属性：
    反馈机制：既可能是正反馈也可能是负反馈，比如气温降低会导致水冻结成冰，而冰的反射能力非常强，可以将更多阳光反射到太空，减少行星吸收的热量，于是进一步降温，这就是一种正反馈；气候剧变：各种突如其来的环境剧变，并且都会带来大灭绝级别的破坏，比如超级火山爆发、小行星撞击等。

地球为何能孕育生命？科学家引人深思的答案：靠运气 第6张图片


在设定了初始条件后，他对每一颗行星都进行了100次模拟，通过不同的初始环境和遭遇到的气候事件分析其宜居性变化。在每一次模拟时，系统都会持续跟踪行星的气候变化，直到突破生命的承受条件，也就是温度高得或者低得离谱为止，或者一直模拟到30亿年后终止。

模拟结果显示，行星确实不太可能具有足够强大的反馈机制以保证在30亿年的岁月里都能够在各种极端事件的打击下始终保持宜居性。实际上，平均每10万次模拟中，才有1次能够得到这样的结果。
生命源自于幸运


Tyrrell指出，在模拟过程中，大部分行星的确能够至少有一次能够逃过灾难，但概率远低于10%，更不用说逃避100次了。也就是说，那些能够在模拟了30亿年后始终保持宜居性的行星，基本都是靠小概率事件叠加的运气，而不是行星本身具有调节的能力。

地球为何能孕育生命？科学家引人深思的答案：靠运气 第7张图片

（图片说明：实验中随机生成的1000颗行星，进行2次模拟，绿点代表的是保持了30亿年宜居性的行星）

当然了，一颗行星孕育生命也不是完全靠撞大运，Tyrrell表明，行星环境的反馈机制还是起到了一定作用的。在模拟过程中，那些被设计成完全不具备反馈机制的行星，很容易就会被极端事件所破坏，根本不可能持续拥有宜居性。

联想到地球，也是同样的道理。地球在最近30-40亿年的时间里能够一直维持着宜居性，即使在经历导致五次大灭绝事件的极端气候变化后依然生机勃勃，虽然与气候调节能力和反馈机制有密不可分的关系，但也不得不说这其中有许多运气的成分。毫不夸张地说，人类今天能够出现在地球上，不仅是偶然，甚至可以说是奇迹。

地球为何能孕育生命？科学家引人深思的答案：靠运气 第8张图片


因此，在“银河系有多少智慧生命”这个问题上，除了考虑到各种科学统计数字之外，可能还需要看这些行星有没有地球这么好的运气了……


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标签：孕育生命外星生命生存环境宇宙的不知道
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剑霞客96 发表于 2021-1-21 23:53:01 | 只看该作者
 
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