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星球在這個「帶」上才可以居住,地球正好在那裡

星球在這個「帶」上才可以居住,地球正好在那裡



"宜居帶"是一顆恆星周圍的一定距離範圍,在這一範圍內水可以以液態形式存在,由於液態水被科學家們認為是生命生存所不可缺少的元素,因此如果一顆行星恰好落在這一範圍內,那麼它就被認為有更大的機會擁有生命或至少擁有生命可以生存的環境。

"宜居帶"也叫"適合居住帶"。分多種生命對象討論,一般研究的是"動物的宜居帶"。對於任何動物、植物、以至於微生物來說,都會有一個最合適其生存的地帶。如果把地球上所有生物以及它們在不同演化階段所需要的不同條件加以總結,將這些條件擴展到所需行星的條件、太陽的條件甚至是恆星系的條件等,就有了"宇宙宜居帶"的概念。


宇宙的大部分空間對於生命來說是險惡之地,只有很少的地方能成為生命的綠洲。虛無的空間、炙熱的恆星、氣態的行星表面都難以駐留生命。似乎很難明確的給出生命所需要的環境條件。地球為生命提供了最基本的環境之後,無論在哪個方面都為生命提供了一個完美的棲息場所,而地球又是迄今為止發現的唯一一顆有生命駐留的星球。對"宇宙宜居帶"的討論,需要從空間、時間、生物多樣性等幾方面進行。


對於天文學家來說,"潛在宜居"行星是那種可以維持生命存在,但不一定能讓人類生存的星球。宜居性取決於許多因素,但液態水和大氣是兩個最為重要的因素。一顆行星的引力會造成其主恆星的徑向速度定期出現變化,而多顆行星會使得其主恆星運動出現複雜的搖擺活動。


1978年,天體物理學家邁克爾·哈特做了一個模擬計算,結果令人驚訝。他在計算中考慮了太陽光度隨時間的變化。40億年前,太陽的光度只有現在的70%。隨著太陽光度的增加,宜居帶向外推移。哈特將地球所處的狹窄條帶隨整個太陽系演變而向外推移的範圍稱為"持續宜居帶"。

他的計算表明,如果地球與太陽的距離再遠1%,在地球演化史上將會出現一個不可逆轉的冰期,而如果距離再進5%,它也可能出於一個不可逆轉的溫室狀態。假若地球的軌道更扁一些,上述的距離限制會更加嚴格。


現在,有人認為哈特計算的宜居帶過於狹窄,因為有幾個效應他沒有考慮到,其中很重要的就是"二氧化碳-硅酸鹽循環"其作用就像空調一樣將地球的溫度調節在一個合適的範圍。二氧化碳含量現在只佔地球大氣的0.03%,但它是一種溫室氣體:它的紅外線吸收性質可以阻止輻射到地球表面的熱量重新發散到太空中。


二氧化碳-硅酸鹽循環的調節開始於地表風化作用,當行星比較溫暖時,充分的光照和降水沖刷作用會使得風化速度加快,此時,從硅酸鹽中釋放的金屬離子將大氣中的二氧化碳沉澱成碳酸鹽,從而使大氣溫度下降;當地表太冷的時,風化作用和二氧化碳的沉澱速率會下降,而火山釋放的二氧化碳使溫室效應增強,進而使大氣溫度重新升高。


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