我们的星球处于不断变化之中。构造板块——将地球地壳分割开来，使其看起来像裂开的鸡蛋壳的大块岩石——以阵发性的方式相互推挤，不断地重塑着我们的星球，并可能孕育生命。
这些板块相互碰撞，形成山脉。它们彼此分离，孕育出新的海洋，这些海洋可以生长数亿年。它们擦身而过，引发震天动地的地震。它们还在一个被称为俯冲的过程中，滑入地球内部深处，产生火山，向大气中喷射气体。地球不仅充满生机，而且是生命的容器。因为它是已知唯一同时拥有板块构造（构造板块持续运动）和生命的行星，许多科学家认为两者可能有关联。事实上，一些研究人员认为，板块运动能够帮助调节行星数十亿年来的温度，是生命的关键要素。
这种联系引发了一个诱人的可能性，即如果科学家能够找到会震动和轰鸣的系外行星，他们也许能够在我们这颗暗淡蓝点之外找到生命。因此，亚利桑那州立大学的天文学家卡曼·温特伯恩着手确定遥远的系外行星发生板块构造的可能性。在他和同事于7月3日发布在预印本服务器arXiv上，目前正在接受同行评审的一篇论文中，他们发现大多数系外行星可能无法长期维持板块构造。他们的结果仍然不确定，因为科学家们并不完全了解地球上的板块构造是如何开始的（更不用说其他行星上的板块构造了），但他们确实认为，即使这个过程开始了，也可能不会持续下去。这意味着地球不仅是太阳系中已知唯一拥有移动板块的行星（尽管一些最新证据表明水星也可能如此），它也可能是银河系中少数这样的行星之一。“如果你确实需要板块构造[才能有生命]，这篇论文听起来是个坏消息，”韦伯州立大学的天文学家约翰·阿姆斯特朗说，他没有参与这项研究。尽管如此，天文学家怀疑银河系中点缀着多达 400 亿颗潜在的可居住的地球大小的行星。即使只有三分之一的行星能够维持板块构造（正如温特伯恩的研究表明的那样），阿姆斯特朗说，这些大约 130 亿颗行星“仍然是很多可能存在可居住的世界！”
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但是，板块构造对生命究竟有多重要？线索可以从我们自己星球的历史中找到。大约 25 亿年前，太阳非常寒冷，以至于地球的液态海洋本应冻结成类似雪球的状态——但事实并非如此。科学家认为，充当全球恒温器的板块构造可能是我们的救星，因为它创造了火山，向大气中喷射二氧化碳，帮助大气层保持更多热量。然后，随着太阳变得越来越亮和越来越热，降雨从大气中洗刷掉二氧化碳，板块构造随后将其俯冲到地球地幔（地核上方的热岩层）中，将其锁定起来。正是这个以百万年为时间尺度的循环，帮助地球的温度保持稳定，足以支持生命。
然而，地球的例子并不能证明板块构造是生命的必要条件。毕竟，行星可以在没有板块构造的情况下进行地质活动。看看火星就知道了，它拥有太阳系中最大的火山。然而，那座火山不再轰鸣作响。事实上，大多数曾经进行过地质活动的太阳系行星（甚至矮行星和卫星）现在都已沉寂。如果没有板块构造，火山活动会迅速衰退（但也有一些值得注意的非构造例外，例如木星的木卫一和土星的土卫二）。因此，火星上数量众多但已熄灭的火山无法向大气中喷射二氧化碳，这使得今天的这颗红色星球非常寒冷。这些例子表明，板块构造——尤其是长期存在的板块构造——是调节行星温度的最佳方法，因此是生命鸡尾酒中的有用成分。
滑动的板块
最新的研究似乎与之前一些关于系外行星是否会像地球一样震动的调查相矛盾。2007 年，当时在哈佛大学的行星科学家戴安娜·瓦伦西亚得出结论，超级地球（比我们地球更大的岩石行星）非常有可能发生板块构造，这几乎是不可避免的。由于质量比地球大的行星会从最初的形成中保留更多的内部热量，并且由于热量驱动板块构造（通过地幔内岩石的沉降和上升的传送带），因此在这样的行星上，板块活动应该会延长。问题是瓦伦西亚的研究（以及后来的许多研究）只分析了一个参数：行星的大小。温特伯恩的研究是首批基于行星成分来探讨板块构造的研究之一。
为了进行这项分析，温特伯恩和他的同事需要确定系外行星的化学成分可能是什么样的。尽管天文学家目前可以解读系外行星大气中的元素，但还没有办法深入了解系外行星的岩石内部——但很快就会有办法了。因此，温特伯恩和他的团队转向行星的宿主恒星。由于恒星及其行星是由相同的旋转尘埃和气体盘构建而成，因此它们往往由相同的物质构成。研究人员观察了近 1500 颗恒星（包括开普勒太空望远镜观测到的 123 颗已知有系外行星环绕的恒星），然后使用计算机模型来发现这些不同成分的岩石会对行星内部形成的高温和高压做出怎样的反应。
一旦他们从地球化学的角度了解了系外行星的地幔和地壳可能是什么样子，科学家们就能够确定该系外行星的地壳是否足够致密，可以像地球的海洋板块在卡斯卡迪亚俯冲带（北美 1000 公里长的火山链，是当一个板块深深潜入另一个板块之下时形成的）等地那样沉入地幔中。进行计算需要严格的建模：随着板块下降过程中压力和温度的升高，板块中的原子会发生重组，从而使板块变得更致密。如果板块仍然比周围的地幔更致密，那么板块将继续下沉。如果是这种情况，板块构造可能会持续数十亿年。但如果情况并非如此，板块停滞不前，那么板块构造就会停止，从而削弱生命的机会。
就宜居性而言，结果描绘了一个相当令人沮丧的景象：至少三分之二的模拟行星形成的地壳过于浮力，无法下沉。“如果发生俯冲，并且[板块]要下降，它只会弹回，”温特伯恩说。“这就像试图将内胎推入水下。”如果这些板块在移动，它们可能会相互碰撞并向上挤压，形成像喜马拉雅山脉一样高的山脉，温特伯恩说。但是，一个板块永远不会俯冲到另一个板块之下，以去除过量的二氧化碳或形成向大气中喷射更多二氧化碳的火山。因此，行星将无法调节自身的温度，并且很容易升级为一个类似于雪球或桑拿的世界。
系外地质学的新领域
结果突显出行星的宜居性不能仅由金发姑娘区来定义——金发姑娘区是指行星系统中行星与恒星的轨道距离既不太热也不太冷的那片宜居带。密度也不能单独决定什么是“类地”行星。“在行星方面，密度并非命运，”温特伯恩说。“地球远不止是太阳系宜居带中一颗质量为一个地球质量、半径为一个地球半径的行星。”回想一下 25 亿年前：除非外星天文学家考虑到地球的地质情况，否则地球不会被认为是适宜居住的。
宾夕法尼亚州立大学的地质学家布拉德福德·弗利没有参与这项研究，他同意该论文的最终观点——大多数岩石系外行星可能无法发生板块构造——但他认为，更精细的细节，例如这些行星的确切百分比，目前还无法确定。“我会对大局观以外的一切都持保留态度，因为其中存在不确定性，随着更多研究的出现，这些不确定性可能会发生变化，”他说。
弗利指出，这些不确定性之一是地质学家仍在争论板块构造是如何在地球上点燃的，以及是什么力量在今天继续驱动它。问题是，即使板块足够致密可以沉入地幔，岩石圈（行星坚固而刚硬的外壳）也必须首先破裂。但是，是什么原因导致岩石圈破裂是该领域争论的焦点。温特伯恩通过寻找可能能够持续数十亿年板块构造的行星来回避了这个复杂的问题——前提是板块构造首先开始。弗利同意这是一个聪明的变通方法，温特伯恩认为，从科学的角度来看，这更有趣，因为我们更有可能在生命进化了数十亿年的地方找到生命。但是，板块构造神奇地开始的假设确实表明，即使是适当的元素鸡尾酒也不能保证表面会发生移动和轰鸣。尽管如此，温特伯恩认为，这确实最大限度地提高了我们找到板块构造以及生命的几率。
温特伯恩将这项工作视为一个新领域向前迈出的一步——一个地质学与天文学在新学科中相遇的领域，人们可以称之为系外地质学——这个领域始于 10 年前瓦伦西亚的论文。就在上周，弗利、温特伯恩和同事向 NASA 天体生物学研究所提交了一份提案，以进一步评估不同成分的材料在高压和高温下的反应。虽然温特伯恩的研究是基于理论计算，但新的团队希望在实验室中合成这些岩石，并实际将它们置于这些条件下。这将使他们能够描绘出更准确的图景，甚至探索改变成分可能会如何使岩石圈破裂——岩石圈破裂是启动板块构造的另一个重要标准。“我认为这绝对是未来，”温特伯恩说。“我很高兴能站在最前沿。”