地球上是先有宜居性还是先有生命?

一位天文学家认为我们不一定能将两者区分开来

沿着英国海岸线的这些石灰岩悬崖是由碳酸钙组成的,碳酸钙形成于白垩纪时期浮游藻类的骨骼残骸沉入海底时。

在其他行星上寻找生命的任务即将迎来一次革新。尽管这项任务通常局限于围绕所谓的宜居带运行的行星,这些行星由于靠近它们的主恒星而使温度正好适合液态水的存在,但许多天文学家开始跳出“金发姑娘”框框进行思考。一些人想知道,以前被忽视的机制(包括生命本身)是否可以将宜居带扩大到超出其目前的定义。不列颠哥伦比亚省维多利亚大学的行星科学家科林·戈德布拉特甚至认为,生命改变行星气候的能力带来了一个新的悖论:一个行星的宜居性可能取决于生命是否已经在那里安家落户,这种情况会使宜居性和生命陷入一个令人困惑的先有鸡还是先有蛋的难题。

戈德布拉特一直在研究地球式大气层之外的区域,以观察不同浓度的氮气和二氧化碳如何调整行星的宜居性。例如,较高浓度的二氧化碳可以使一颗相对远离其主恒星的行星保持温暖,而较低的浓度可以使一颗靠近的行星保持寒冷。氮气更加复杂,因为较高的浓度既会散射阳光(有助于冷却行星)又会使温室气体更有效地吸收光(使其保持温暖)。在2015年秋季于旧金山举行的美国地球物理联盟会议上,戈德布拉特认为这些气体可以帮助行星保持宜居性。他最近在一篇发表在预印本服务器arXiv上的论文中总结了他的演讲。

美国宇航局喷气推进实验室(JPL)环绕碳观测站2的首席研究科学家大卫·克里斯普说:“绝对要记住,宜居性不仅仅取决于你在太阳系中的位置,它是你所居住的行星的属性。”例如,地球拥有一个内置的温度控制系统:碳-硅酸盐循环。大约25亿年前,太阳非常微弱,海洋本应冻结,但它们没有。一个简单的解释是,地球很可能拥有一个富含温室气体的大气层。然后,随着太阳亮度的增加,地球通过从空气中清除二氧化碳来抵消气候变暖:更高的温度增加了降雨量,这从大气中吸走了温室气体并将其带入海洋,在那里,板块构造最终将其俯冲到地球的地幔中。如今,世界上大部分二氧化碳都安全地储存在地壳之下。如果发生相反的情况,太阳的亮度减弱,地球可能会通过向空气中泵入更多的二氧化碳来抵消气候变冷。较低的温度会减缓降水并增加火山爆发,从而将温室气体从地球的地幔中喷出并返回大气层。


关于支持科学新闻

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报道 订阅。通过购买订阅,您将帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的故事的未来。


这种平衡行为已经稳定了地球的气候数十亿年,让二氧化碳的含量上下波动超过1000%,以保持行星的温度稳定,从而扩大其宜居带的范围。这不仅仅是地球化学的原因;碳-硅酸盐循环也取决于生物学。当海洋生物将其转化为用来建造贝壳的碳酸钙时,二氧化碳会从海洋中去除。这些生物死亡后,它们会沉入深海,在那里它们的贝壳被俯冲到地幔中。为了说明这种现象,戈德布拉特指出了多佛的白色悬崖。沿着英国海岸线的这些石灰岩悬崖是由碳酸钙组成的,碳酸钙形成于白垩纪时期浮游藻类的骨骼残骸沉入海底时。看来,二氧化碳和氮气(它们同样在地球的地幔和大气之间来回流动)的含量都可能受行星生物圈的影响。生命创造了有助于维持自身生存的条件。

克里斯普说:“生物圈的存在实际上增加了给定太阳系中宜居带的跨度。” “环境的宜居性在一定程度上受到它是否被某种生命形式居住的影响。”尽管这一点得到普遍认可,但戈德布拉特更进一步指出,我们无法将一个宜居的行星与生命本身的存在区分开来。戈德布拉特说:“我在这篇论文中想要强调的是一个哲学观点,而不是一个技术计算点。” “如果不考虑行星上是否已经存在生命,你就不能试图解决一个行星是否适合生命存在的问题。” 虽然大多数天文学家都在寻找适合在其他恒星周围孕育生命的星球,但戈德布拉特并不认为一个行星可以被称为“宜居”。它要么是有人居住的,要么就不是。戈德布拉特说,如果我们在所谓的宜居带中发现一个没有生命的类地行星,而我们只是把一个生命的卵放在那个行星上,也不能保证生命会扎根。“我们不知道一个在那个[距离]没有生命的行星实际上会是什么样子,”他说。“它看起来会完全不像地球。”

尽管这种悖论可能使寻找生命的任务看起来很渺茫,但戈德布拉特仍然希望我们会在银河系中找到生命。他只是认为天文学家不应该将自己局限于恒星周围宜居带的如此严格的定义。生命可能存在于这些界限内,也可能以科学家尚未想象的方式存在于这些界限之外。为了说明他的观点,他给我讲了一个关于卡尔·萨根的故事。当卡西尼号首次抵达土星时,该航天器将图像传回地球,萨根和其他科学家可以在JPL的一个房间里观看这些图像首次出现。大多数科学家都试图立即解释这些结果,但萨根保持沉默。他知道理论推演已经结束。是时候让数据自己说话了。“当我们进入太阳系时,我们发现了一些我们从未预料到的事情,”戈德布拉特说。“当我们去观察行星大气层时,我们会发现一些我们意想不到的事情。我们需要准备好拓宽我们的视野。”

© . All rights reserved.