地狱之屋金星的人生教训

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H伸手就能看到夜空的一粒沙子。在天空中这一极小的角落里有成千上万个星系。像我们这样的星系拥有数千亿颗恒星——其中很大一部分拥有行星。而且其中许多是在“宜居带”，距离恒星恰到好处的距离，温度可能在零到 100 摄氏度之间，这是液态水存在的适宜条件。或许也适合生命存在。

但宜居带经常被误解。宜居带内的行星可能没有水，甚至不适合居住还有无数其他因素在起作用——其中一些因素深藏在地表之下。“宜居带对天文学家来说是一个有用的概念，”美国宇航局戈达德太空飞行中心研究宜居带对行星影响的天文学家诺亚·图乔说。“最好把它看作一个假设。”

这些困难的一个惨痛教训就在我们身边，在我们的太阳系里。

金星可能曾经与地球非常相似。

金星位于太阳系传统宜居带的边缘。然而生命——至少正如我们最理解的那样— 不会喜欢现代的金星。它没有水。它的表面温度为 465 摄氏度（870 华氏度），足以熔化铅，甚至比水星还要热（水星与太阳的距离几乎是金星的两倍）。它的表面压力也非常高，相当于地球上水下约 3,000 英尺（约 1,300 磅/平方英寸）。它的大气层非常厚，只有 3% 的太阳能到达地表。

因此，尽管金星地理位置优越，但它似乎并不是寻找容易发现的外星生命形式的理想之地。但由于金星显然不适合居住，因此它成为我们寻找宇宙生命的绝佳陪衬。这是两位行星科学家在一项最近的论文在 自然天文学：如果科学家能够更好地了解金星的严酷历史，他们将能够更好地知道去哪里寻找——也许更重要的是，去哪里不是去别处寻找生命。

五埃努斯经常被称为地球的姊妹行星。它们的大小和体积几乎完全相同。但它们之间的巨大差异似乎源于更深层次的动态因素，而不仅仅是与太阳的距离。

迈克尔·韦是戈达德的天文学家，他模拟了金星的许多潜在历史。他解释说，主要有两种可能性。一种是，金星一直是一个地狱般的世界。它会像早期的地球一样，从含冰的小行星和彗星中接收水，但高温会阻止这些水凝结。这些蒸汽会在冒泡的岩浆海洋上方的大气中停留数亿年。那时，当太阳变得更加活跃，蒸汽会分解成氢和氧。氢会流失到太空，而氧则会被困在岩浆中。

但有另一种可能性。金星可能曾经非常像地球，有液态水和宜人的气候。

“在另一种情况下，岩浆海洋的寿命相当短，”Way 说。“岩浆海洋冷却下来，然后砰的一声！所有的蒸汽都凝结了……剩下的差不多就是一颗水蓝色的行星。”在这个可能的历史中，水在太阳活动加剧之前凝结，留下了海洋。

但即使金星曾经是一颗与我们相似的有海洋的行星，这种相似性也未能持续下去。这可能部分是由于它的自转。

金星旋转缓慢（和天王星一样，“向后”旋转）。它是太阳系中白天最长的行星，持续 243 个地球日，比一年长 18 个地球日。由于多种原因，自转对行星的气候产生巨大影响。当行星缓慢旋转时，根据哪一侧面向太阳，行星白天和夜晚的温度可能会截然不同。目前，金星的大气层使行星的白天和夜晚温度保持平衡。但如果年轻的金星有海洋，它的长日照可能会产生具有戏剧性结果的天气模式。例如，金星白天的云层可能持续很长时间，以至于它们会冷却地球比它快速旋转时要快得多。即使太阳变得更加明亮，这些云层也会使地球保持温度。

位于“宜居带”内的行星可能根本不适合居住。

加州大学河滨分校的行星天体物理学家斯蒂芬·凯恩 (Stephen Kane) 是最近赞扬金星贫瘠之益处的论文的合著者之一，他说，这些微妙的动态“真正打开了大门，让我们更广泛地思考金星与地球之间的诸多差异，而不仅仅是从太阳接收的能量的数量”。

金星表面揭示了更多线索，说明为什么它不太可能存在我们熟悉的生命形式。安娜·古尔彻 (Anna Gulcher) 是美国宇航局喷气推进实验室的地球物理学家，对金星的构造过程很感兴趣，她正在研究即将进行的三项火星任务她解释说，现在的金星没有板块构造——至少不像我们在地球上看到的。金星上没有刚性板块滑动、相互碰撞和拉开，而是有所谓的“柔软的盖子“这基本上意味着你有一个单板块行星，但在某些位置，它很容易变形，”古尔彻说。

这种“柔软盖子”可能看起来只是个无关紧要的细节。但这种覆盖物对于行星的温度及其如何调节大气有着重大影响。

板块构造，我们在地球上看到的类型有助于冷却新形成的行星，因为热量会从板块边界逸出。俯冲板块对于碳酸盐-硅酸盐循环至关重要，可以封存二氧化碳₂ 大气中深入地幔。如果没有俯冲，这种温室气体就会在大气中积聚。尽管板块构造可能不是生命起源的必要条件，这可能对生命的长期维持很重要，使行星的气候保持更稳定。“人们普遍认为，板块构造似乎是地球发展生命的必要条件之一，”古尔彻说。

移动的板块也暗示着海洋的存在，有助于润滑它们。尽管研究人员还不确定这对古代金星意味着什么。

“这里面有点因果关系。如果它有板块构造，它是否失去了水，随后失去了润滑机制，从而 [plate tectonics]“或者它阻止了板块构造，不再能够从大气中吸收碳，导致温度上升，然后海洋消失？”凯恩问道。

在寻找生命时，行星的过去历史几乎与现在一样重要，因为这可以帮助我们缩小导致行星变得不适合居住的原因。了解触发因素将有助于我们了解金星的历史，以及它从一个可能气候温和的世界变成一个如此不适合生命生存的世界的路径。

尽管金星目前没有像地球那样的板块构造，但它确实有一个熔融的核心——以及岩浆的出口：火山。据估计其中85,000人其中一些火山的直径超过 60 英里。“就金星而言，实际上有可与火星火山媲美的火山，但主要是因为火星的宣传团队更好，所以没人谈论它们，”华盛顿大学圣路易斯分校地球与行星科学家、新论文的另一位合著者保罗·伯恩开玩笑说。

金星的海洋可能已经蒸发殆尽。板块运动可能已经停止。

金星只有一个“软盖”，这意味着板块不会在热点上方移动，因此火山有机会发展到超大尺寸。巨大的柱状物从金星地幔中升起，挤压地壳。它们创造了名为“日冕”的奇怪圆形结构有时这些羽状流会非常巨大。这些数百万立方英里的岩浆泡会形成“陷阱”，引发大规模火山活动和进一步加热。

火山活动通常与行星的气候密切相关，它使大气变暖并向大气中排放大量温室气体。大规模火山活动可以迅速而显著地改变气候。从短期来看，火山灰和灰尘会阻挡阳光，使地球变冷。然而，从长远来看，火山活动释放的大量二氧化碳会引发全球变暖。我们已经看到地球上的陷阱引发了类似的事件——例如德干高原和西伯利亚陷阱。这些事件可能导致大规模灭绝。

韦说，如果金星上同时发生不止一个这样的事件，那么这颗行星的地质和气候就可能发生变化。大量的二氧化碳会被排放到大气中，导致行星温度升高。海洋会被蒸发。板块构造运动可能已经停止，而且没有办法封存二氧化碳和蒸汽，可能会引发失控的温室效应。蒸汽会分解，剩余的氧气可能会被锁在岩浆中，使金星成为我们今天所看到的完全不适合居住的“宜居带”邻居。

我金星在宇宙中缓慢、毫无生机地旋转，这让我们感到欣慰，因为它至少为我们可能不想去寻找生命的地方提供了一个令人信服的模型。在寻找其他恒星周围的行星时，行星历史、板块构造、自转速度和火山活动都将共同作用，进一步缩小非常广阔的“宜居带”内有吸引力的候选星球的范围。

当然，分析我们的邻近星球金星已经足够困难了。试图评估许多光年之外的岩石和岩浆的运动以及大气的成分似乎是一个遥不可及的梦想。但科学已经向我们展示了希望。

其中一个希望领域可能是评估系外行星的大气层。为此，科学家可以观察行星母星发出的星光透过行星大气层发出的光芒，或者直接拍摄行星的图像。

例如火山活动可能会透露通过行星大气中过量的二氧化硫。大气中的氧气——传统上被认为是生命的迹象（或生物特征）——实际上可能表明该行星不适合生命生存。“当水蒸气分解成氢和氧时，就会发生非生物氧气的积累，较轻的氢会优先逃逸到太空，”中央佛罗里达大学行星大气模型天文学家拉姆西斯·拉米雷斯 (Ramses Ramirez) 说。因此，大量的氧气可能预示着一颗行星正在失去海洋。最后，大量的二氧化碳可能表明一颗行星没有有效地封存碳，这可能是失控温室效应的标志。

对太阳系外行星本身进行建模也将有所帮助。超级地球 LHS 3844b 的热建模（位于印度河星座，距离我们约 48.5 光年）的地质构造提供了各种可能性，表明它可能与我们太阳系中的任何物体都不一样。我们尚不知道这种不同的地质构造过程对生命意味着什么，但这种建模是一个开始。

可能适宜居住的行星（如金星）的缓慢旋转也可能很常见，尤其是那些围绕较小、亮度较低的恒星旋转的行星。这些较冷恒星的宜居区将位于更近的地方。绕着这么近的地方运转的行星也更有可能被潮汐锁定，这意味着它们的一天和一年完全相等。当这种情况发生时，行星的一侧总是面向其母星，是白天，而另一侧则被困在永恒的夜晚。所有七颗类似地球的行星都围绕着距离我们约 40 光年的 Trappist-1 恒星运转，它们都被潮汐锁定。生命，如果它存在于这些世界上，就需要利用自转如何影响气候，而且可能与我们在地球上看到的气候大不相同。

“我认为在未来 30 到 50 年内，我们确实有机会寻找其他类似地球的行星并确定它们，”伯恩说。“如果我们发现类似金星的情况很常见，那么就会引发一个问题：地球是否很幸运没有走上这条路。在可预见的未来，回答这个问题的方法是弄清楚金星为什么会这样。”