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【科普】40億年前,太陽系曾有三個「地球」,為何現在只剩一個?
2023/01/29

盡管我們沒有進行時間旅行的能力,但通過探測數據以及相關理論的推演,我們仍然可以知道在遙遠的過去,太陽系大概是什麼樣子,已知種種跡象表明,在大約40億年前,太陽系曾經存在過三個「地球」,除了我們的地球之外,還有火星和金星。

之所以將早期太陽系的火星和金星形容為「地球」,并不是說它們在外觀上與地球有多相似,而是指這兩顆星球在那個時候也像地球一樣擁有適合生命的自然環境。所以問題就來了,既然說太陽系曾有三個「地球」,那為何現在只剩一個了呢?下面我們就來聊一下這個話題。

碳基生命是已知的唯一一種生命形式,據我們所知,液態水是碳基生命必不可少的物質,但液態水存在的條件是很苛刻的,除了需要特定的溫度范圍之外,合適的壓強也是必要的條件。

在大約40億年前的太陽系中,三個「地球」的星球表面都存在著大量的液態水,這是因為它們距離太陽既不太遠也不太近,其星球表面的大部分區域都存在著液態水所需要的溫度,而它們都擁有一個厚度合適的大氣層,這滿足了液態水需要的壓強。

但隨著時間的流逝,火星和金星都失去了存在液態水的條件,其中火星是因為其「個頭」相對較小,以至于它的內核早早地冷卻了,在此之后,火星就失去了可以保護它大氣層的磁場,于是來自太陽的高速帶電粒子流、也就是所謂的「太陽風」就能夠長驅直入,進而不斷地剝離火星的大氣。

久而久之,火星的大氣層變得越來越稀薄,失去了原本濃密的大氣層,火星表面就沒有能夠維持液態水存在的壓強,與此同時,大氣層的保溫作用也變得極為有限,因此火星表面的溫度就不再適合液態水存在,于是火星就漸漸變成了一顆不適合生命的荒蕪星球。

相對于火星而言,金星的大氣層則是不斷地變厚,并且其中的大部分氣體都是二氧化碳。

探測數據顯示,現在金星表面的大氣壓力差不多是地球的92倍,而二氧化碳則占據了其大氣質量的96.5%左右,如此多的二氧化碳在金星上產生了非常強烈的溫室效應,進而使金星表面平均溫度高達464℃,在這樣的溫度下,液態水根本就不可能存在。

為什麼金星會變成現在這個樣子呢?這主要有兩個原因,一個原因是太陽自從形成之后,其內部的核聚變反應一直處于一種持續變強的狀態,這就會造成太陽向外輻射的能量逐年增加,另一個原因則是,盡管金星的內核并未冷卻,但由于金星的自轉速度極為緩慢,因此金星的磁場就非常微弱,基本上可以忽略不計。

太陽輻射的持續增強,就會導致金星表面的溫度越來越高,在這種情況下,金星表面的液態水蒸髮量就會越來越多,這些水蒸氣大量彌散在金星的大氣層中,而來自太陽的短波輻射則會不斷地將水分子「光解」成氫和氧。

沒有磁場的保護,「太陽風」就會源源不斷地將相對質量很輕的氫元素「吹」走,由于氧元素的相對質量要重一些,因此它們中的大部分都不會被「吹」走,在接下來的時間里,化學性質活潑的氧元素很快就會與金星上的其他元素結合,進而保留了下來。

隨著這個過程的持續,金星上的液態水最終全部消失,根據「海底擴張理論」,如果行星表面不存在海洋,那麼行星的地殼也就不會運動,而金星的內核并未冷卻,所以其內部的壓力就只能通過火山來釋放,當火山噴發時,那些原本深藏在金星內部的二氧化碳就會被大量地釋放到大氣層中。

如果行星表面存在由液態水構成的海洋,那麼大氣層中的一部分二氧化碳就會與水發生反應并生成碳酸,然后再與其他的元素如鈣、鎂等等生成碳酸鹽,這些碳酸鹽會不斷地沉淀下來,并隨著地質活動重新進入地下,這就相當于完成了一次循環。

但金星表面已經沒有海洋了,因此那些被釋放到大氣層中的二氧化碳就無法完成上述的循環,在此基礎上,再加上金星的引力比火星大得多,而二氧化碳的相對質量又較重,因此二氧化碳就會不斷地在堆積,金星的大氣層也就越來越厚,并產生越來越強的溫室效應,于是金星就漸漸演化成了現在我們看到的樣子。

就這樣,太陽系曾經有過三個「地球」,現在就只剩我們地球這一個了,那地球為什麼能夠在過去的40億年里一直保持適合生命的自然環境呢?這是因為地球一直擁有一個強大的磁場,這可以有效地抵御「太陽風」的侵襲,除此之外,地球大氣成分的變化也是一個相當重要的原因。

早期地球上的太陽輻射相對較弱,但在那個時候,地球大氣層中存在著大量的溫室氣體,例如二氧化碳、甲烷等等,這些氣體能夠給地球起到很好的保溫作用,進而讓地球保持溫暖。

隨著太陽輻射的持續增加,地球的大氣成分也出現了巨大的變化,而引發這種變化的,則是地球上的生命,準確地講,是地球上能夠進行光合作用的生命。

地球上第一批能夠進行光合作用的生命,出現在大約34億年前,它們是一種簡單的原核生物,被稱為「藍細菌」,在此之后,擁有這種本領的生命就在地球上發展壯大,并生生不息,利用太陽的能量,它們不斷地吸收大氣中的二氧化碳,并釋放出氧氣。

久而久之,地球大氣中的溫室氣體就越來越少,地球的熱量就更容易散發到宇宙空間之中,于是地球也就得以保持「涼爽」。

不得不說,我們人類能夠出現在地球上,實在是一件幸運的事情,不過一個很不妙的事實是,在現在以及未來,太陽輻射依然會持續地增加,而地球自身也沒有其他的途徑來散發更多的熱量。

這就意味著,地球表面的溫度在未來會越來越高,根據科學家的估算,在大約10億年之后,地球表面的平均溫度將會達到47至70℃,而屆時的地球也將失去適合生命的自然環境。如何避免地球在未來出現這樣的情況,或許就是我們人類的重要使命。

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