模型表明金星可能发生毒性转变

最近一项研究表明金星如何从适宜居住的环境爆炸性地转变为致命的环境

Venus Maat Mons volcano

从麦哲伦号探测器数据生成的金星玛特山火山视图。

Alamy

在金星的有毒硫酸云层之下,是一个末日般的世界,温度足以熔化铅,压力足以压碎重型机械。但情况可能并非一直如此。

2016年,美国国家航空航天局戈达德空间研究所的迈克尔·韦及其同事将首个三维气候模型应用于早期的金星。他们发现,金星曾经可能非常温和,以至于液态水汇集在广阔的海洋中——这是我们所知的生命的关键。现在,韦和同样在戈达德研究所的安东尼·德尔·杰尼奥,基于更复杂的数据,开发了一个行星演化的框架,该框架包含了各种地形和不同量的阳光。他们的研究于五月发表在《地球物理研究杂志:行星》上,为金星如何在演变成今天酷热的地狱之前,保持了近三十亿年的宜居性提出了新的解释。

许多科学家推测,金星从一开始就非常干燥,从未存在过液态水。大约45亿年前,当太阳系形成时,太阳的第二颗行星会接收到足够的阳光,以至于任何大气中的水都会流失到太空——而辐射会阻碍地球上生命形式的形成。“本来什么都不会有,”韦说,除非有一些缓解因素。他和德尔·杰尼奥认为,这个因素可能是一个超大的云层,它在行星演化的早期形成并冷却了世界。


支持科学新闻事业

如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻事业: 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保未来继续刊登关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事。


与地球不同,金星不是每24小时绕其轴自转一次,而是每243个地球日自转一次。考虑到它绕太阳公转的时间尺度相似(每225个地球日一次),行星的一侧通常沐浴在阳光下,而另一侧则面临漫长的黑暗。浓厚的大气层可以很容易地将热量从向阳面循环到背阳面,使金星保持高温。但在韦和德尔·杰尼奥的模型中,向阳面的巨大云层将充当明亮的屏障,反射入射的阳光,并使温度足够冷却以形成液态水。

许多研究人员已经考虑过金星曾经适宜居住的想法,但新模型进一步展示了行星如何转变成今天的温室——并且它抛弃了传统的观点。“关于金星,我们有一个自己讲述的故事。我们在天文学入门课程中教授它,并在书中写到它,”行星科学研究所的天体生物学家大卫·格林斯彭说,他没有参与这项研究,但他也是2016年论文的合著者。“结果证明,这个故事是错误的。” 这种观点认为,太阳的亮度缓慢增加,导致行星变得如此温暖,以至于无法维持稳定的海洋。换句话说,它将所谓的宜居带的内边缘——液态水可以创造有利于生命存在的条件的轨道区域——推过了太阳系的第二颗行星。但韦和德尔·杰尼奥的模型表明,即使直到今天,云层覆盖本可以提供足够的阴影,使液态水留在金星表面——如果有什么东西没有使行星陷入当前的状态的话。

作者提出了一个剧烈的机制,最好通过观察年轻的地球来理解。大约2.5亿年前,地球地壳裂开了深深的裂缝,将熔岩倾泻到地表,并将足够的二氧化碳喷射到大气中,在历史上最大规模的物种大灭绝中,杀死了96%的海洋物种和70%的陆地物种。这些火山事件,留下了被称为大型火成岩省的沉积物,在一百万年的时间里产生了至少10万立方公里的熔岩。“我们说的是单位时间内喷发出的熔岩量对上帝的冒犯,”北卡罗来纳州立大学的行星地质学家保罗·伯恩说,他没有参与这项研究。

尽管这些喷发在地球上多次发生,经常导致物种大灭绝,但从未同时发生过多次事件。“这对地球上的生命来说是幸运的,”韦说,但科学家们认为没有理由说明为什么不能同时发生不止一次事件。研究人员说,如果金星上确实发生了多次这样的事件,它们会将足够的二氧化碳倾倒到大气中,使行星陷入末日般的温室状态。

这个假设很有吸引力:“一个如此像我们自己的世界被毁灭,这其中有某种浪漫的悲剧色彩,”伯恩说。“我非常希望这是真的,有一天我们会降落在金星上,找到来自金星生态系统浅海的化石。” 然而,他指出,没有直接证据支持这种观点。

作者认为,大规模的火山活动将继续用火山岩覆盖行星的大部分区域,今天仍然可以看到这种状态。但明尼苏达大学德卢斯分校的地质学家维姬·汉森说,她没有参与这项研究,她表示,20世纪90年代初环绕金星运行的麦哲伦号探测器的测量数据不支持来自一次灾难性事件的表面重塑:“如果你看看这些数据,它与所有这些都背道而驰,”她说。根据她的团队的分析,“我们可以识别出金星演化中的三个不同时期;如果你发生灾难性的表面重塑,那就不行了,因为它会抹去所有早期的历史。”

毫无疑问,这个问题是有争议的。事实上,许多科学家仍然认为金星从未适合生命生存。

为了 выяснить, 研究人员需要更仔细地观察我们的邻居。“我们可以一直做模型直到天荒地老;但这并不能使任何事情正确,”汉森说。“我们必须测试这些模型的结果是什么。”

伯恩说,我们应该向金星派遣一支宇宙飞船舰队,包括轨道飞行器、着陆器、气球、空中平台,甚至飞艇。这颗行星的大气层蕴藏着关于多少水流失的线索,而地表可能揭示火山喷发是否以及何时穿透了它。未来的任务可能有助于解决关于金星是否曾经适合生命居住的争论,并可能推动天文学家扩大他们在整个星系中寻找宜居行星的范围。

“如果这种情况是正确的,那就意味着类似金星的行星实际上具有生命潜力,所以我们不应该忽视它们,”莱斯大学的地球物理学家阿德里安·莱纳迪克说,他也没有参与这项研究。“我们应该在那里寻找。”

© . All rights reserved.