我有话说
根据最新的计算，早前发现的“宜居行星”开普勒－22b因为离恒星太近了一些，并不可能适宜我们所知的生命生存。
太空探索
“在所有可能存在的世界里，我们生活的这个世界可能是最好的。”18世纪初，一位德国博学之士戈特弗里德·莱布尼茨提出了这样的论点。如今，伴随着对宇宙越来越多的认知与发现，人们更加认同此说。
但或许还有一些是我们所不知道的呢？更何况，地球本身温暖宜人的环境已变得不再像我们过去以为的那样稳定。
最新的研究已表明，地球可能正挣扎在太阳系宜居带的边缘，地球上温暖宜人的气候正在改变。有专家提出，我们原来以为地球还有最少10亿年的宜居期限，现在可能也得再减掉几亿年了。
文/ Lee Billings
1
“完美地球”该感谢大气层
据目前所掌握的信息，我们知道，任何一颗有生命的行星都必须位于恒星周围一条狭窄的带状区域之内，此区域被称为“宜居带”。对于一个行星系统而言，宜居带内外两条边界在什么地方，取决于恒星的质量和年龄——这两个因素决定了恒星会辐射出多少光和热。
地球目前看上去正温暖舒适地徜徉在太阳的宜居带中。所以我们以为，至少在太阳系中，地球对人类来说就是“最好的世界”。
其实仅仅根据地球在太阳系内的位置来推算，地球的平均温度本应该远远低于冰点。是含有二氧化碳和水蒸气等温室气体、能够束缚住热量的大气层“救”了地球。也就是说，如果地球的大气层开始变得更厚或者更薄，又或者化学构成完全不同了的话，地球这颗行星可能很快就会变得不再适宜生命生存。
金星已证明了这一点。金星一开始似乎也是温暖宜人的，有着类似地球的海洋和大气。但由于更靠近太阳，水开始从海洋蒸腾进入大气，水蒸气的保热特性使得大气温度进一步升高。当所有的二氧化碳从地壳中被烘烤出来，结果便使“温室效应”失控，最终金星变成了“不毛之地”。如今在几乎由纯二氧化碳构成的大气层包裹之下，金星表面温度已达到了约460℃——比锡、铅和锌的熔点都要高。
所以，地球有今天温暖宜人的气候环境，多亏了大气层的“呵护”。
2
宜居带内边界应已出现偏移
不幸的是，大气层正在遭受到人类的执着破坏。还有更雪上加霜的事，新的科研计算表明，由于太阳的年龄等原因，其宜居带也有所偏移，地球可能已经徘徊在太阳宜居带的边缘，很快就可能被太阳烤焦。
1993年，美国宾夕法尼亚州立大学的地球科学家詹姆斯·卡斯廷开始以更高的精度来确定“宜居带”的边界。他和同事研究了时间变化时阳光的强度和波长，发现如果地球从现在距离太阳1个天文单位的地方向内移动到0.95个天文单位的位置，阳光强度便会提高10%，就会导致地表温度上升，会有更多水蒸气被送上更高层的大气，并散逸到外层太空。如此经过几千万到几亿年时间，地球也会滴水不剩。这个现象被称为“潮湿温室效应”。根据这些数据，卡斯廷尝试着划出宜居带外边缘的位置——在那里，温度会下降到一定程度，足以造成不可逆转的全球冰河期——在距离太阳大约1.67个天文单位，就在火星轨道外面一点点。最后，他们分析得出，地球位置比原来的计算中更靠近宜居带的内侧边缘。
这个理论一直被科学家们沿用至今年年初，被当作“黄金标准”来搜寻其他宜居行星。
然而，到今年年初，美国宾夕法尼亚州立大学的另一位研究者拉维·库帕拉普，与卡斯廷和其他几位研究者合作，对这套计算结果进行了一次更新。他们发现，对于一颗类似地球的行星而言，所有类型的恒星周围，宜居带到恒星的距离都要比我们先前认为的稍远一些。换句话说，太阳系宜居带的内侧边缘也已从距离太阳0.95个天文单位外移到了0.99个天文单位。
随着太阳年龄的增大，太阳温度会越来越高，太阳会越来越亮，宜居带的内侧边界必然将逐渐向外推移。然而这意味着地球离太阳系宜居带内边缘更近了。之前提到的那个“潮湿温室效应”可能随时被启动。
3
地球可能已出现“脱水”
从理论上讲，地球“可能从明天就开始脱水了”。卡斯廷说：“这意味着，末日到来的日期要比我们想象的更早。”
过去我们已经广泛地接受了这样一个观点：地球还有大约10亿年时间适合生命生存。但现在很有可能我们必须从中再减掉几亿年的时间。
不过，我们也不必就此悲观。美国芝加哥大学的气候科学家雷蒙德·皮埃安贝尔指出，这种迫在眉睫的“脱水说”还存在很多疑点。比如说，地球上空的云的影响。
如果大气中所含的水蒸气逼近“潮湿温室效应”或者“失控温室效应”的临界线，云很可能会在更低的高度上形成，把更多阳光反射回太空，冷却云层下方的地表。事实上，想要搞清楚含水量超过50%的大气会是什么样子，目前仍是很难的。皮埃安贝尔说：“一场大暴雨就能让我们损失掉某一地区一半的大气。于是那里会从周围空间吸入更多的空气，从而改变整个大气的动力学结构。”
还有很多诸如此类的特殊性存在。
美国麻省理工学院的天体物理学家莎拉·西格及其同事，已经建立了模型，开始研究只含有少量水分、不足以维持全球性海洋或者湿润大气的“沙漠”行星。他们的结论是，大气中仅含1%水蒸气的沙漠行星，也能够在距离太阳仅0.5个天文单位的地方维持温暖宜人的表面温度。
美国国家航空航天局最近资助了卡斯廷等人联合研发一个完全三维的“气候模型”，其中将会考虑更健全也更真实的云层反馈和水循环机制，以期发现更多潜在的宜居的岩石星球。此外，还有其他团队也在进行类似的研究。
4
人类才是地球的最大“杀手”
但对于地球而言，最大的不确定因素还是我们人类自身。
人类文明工业化以前，大气中二氧化碳的平均含量是280ppm(百万分比)。由于使用化石燃料，现在大气中的二氧化碳已经突破了400ppm这一阈值。与金星的悲惨命运相比，这听起来似乎不算什么。但温度持续上升，加上地球轨道向内移动1%的效果——如果我们进一步排放温室气体，地球可能会被推出宜居带的边界，步金星的后尘。
当然也有多项研究认为，这样的结果几乎不可能出现。他们认为，即使我们烧掉了地球上能够开采出来的大多数化石燃料，也只是令大气中的二氧化碳增长8到16倍，最坏的结果也不过是出现“适度的潮湿温室效应”。
加拿大的地球化学家科林·戈德布拉特还有一项尚没有发表的研究，他认为，如果地球今天的大气即将进入一种非常高温和潮湿的温室状态，多出来的水蒸气吸收的红外辐射将比我们先前认为的更多。这会进一步增加热吸收，仍有可能触发“失控的温室效应”。
还有，地球上特有的海洋和构造活动，使得地球有一种可能是太阳系内最独一无二的碳酸盐-硅酸盐循环。这一循环使海洋中被蒸腾的水，从大气中清洗掉更多的二氧化碳，最终将它们囚禁在岩石中长达数百万年，直到火山喷发将它们重新释放出来。它本是地球的“天然温度调节器”。不过根据卡斯廷等人的计算结果，或许距今10亿年后，地球内部就会冷却到一定的程度，导致火山活动大幅度降低，放缓碳酸盐-硅酸盐循环的速度，最终地球大气甚至可能无法再维持绝大多数形式的光合作用。
种种研究，都让人不无担忧——那么地球现在这种温暖宜人的环境，到底还能维持多久？
戈德布拉特的回答是：“没必要去想这些。这就像大雾天在悬崖顶上玩捉迷藏——虽然还没有人摔下去，不过谁也不知道自己离边缘还有多远。想来也无益。”
(Shea编译自《新科学家》·果壳网)编辑： 邬嘉宏
(原标题：地球挣扎在太阳系宜居带边缘 可能已出现“脱水”)
联系客服
