我們來自何方？太陽風暴促成地球生命起源

作者：Karen C. Fox

編譯：張旭、華若斌

審校：鄭永春

我們的太陽現在正處於「暴風驟雨期」，而新的證據顯示，這些風暴可能曾經是孕育地球生命的關鍵。

大約40億年前，太陽的亮度還只是如今的四分之三，但其表面被巨大的噴發攪動著，不斷向外拋射出巨量的太陽物質和輻射。儘管那時的太陽還很黯淡，但這些劇烈的爆炸可能提供了使地球變暖的關鍵能量。這種噴射可能也使從化學小分子到RNA或DNA這樣的生命必需大分子的轉變有了能量支持。該研究由NASA的一組科學家們主持，相關結果發表在2016年5月23日的《自然-地球科學》（NatureGeoscience）。

探索地球生命存活的必需條件，對研究地球生命起源和探尋地外生命的蹤跡都有很大幫助。然而直到現在，我們揭開地球生命進化歷程的努力仍然被一個簡單的事實所阻礙：當時年輕太陽的亮度並不能把地球變暖和適宜生存。

「當時，地球從太陽接收到的能量只是現在的70%」，該論文的第一作者、NASA戈達德太空飛行中心的太陽學家VladimirAirapetian說，「這說明，地球曾經是一個冰球。但地質學證據卻表明當時的地球是一個有液體的溫暖星球。這一矛盾被稱為『黯淡太陽悖論』。我們最近的研究發現，太陽風暴可能是把地球變暖的關鍵因素。」

科學家們通過搜尋銀河系中與太陽相似的恆星來拼湊出太陽的歷史。如果把類似太陽的恆星根據年齡排列，就會看到太陽隨時間的演化歷程。正是通過這些數據，科學家們才知道40億年前的太陽要比現在暗得多。這些研究同時表明，年輕的太陽會頻繁產生強大的耀斑。這些耀斑通常伴隨著巨量的太陽物質雲進入太空，稱為日冕物質拋射（CMEs）。

開普勒太空望遠鏡計劃發現了一些與太陽非常相似，但形成時間僅有數百萬年的恆星。觀測數據顯示了許多「超級耀斑」，這種「超級耀斑」如今在太陽上已經是百年難得一遇，而這些恆星年輕時卻每天都會產生十個左右的超級耀斑。

如今的太陽仍然在產生耀斑和日冕物質拋射，但已經沒有那麼頻繁和劇烈。而且，現在的地球也有了強大的磁場，可以阻礙空間天氣事件產生的能量到達地球。但空間天氣事件還是能強烈干擾地球磁層，進而影響無線電通訊及人造衛星的運行，這些現象稱為地磁風暴。地磁風暴同時也給極地附近的部分區域帶來了極光，因為地磁場在極地彎曲向下到達地面。

然而，地球的磁場較為微弱，兩極附近的廣泛區域磁場更弱。

「我們的計算表明，你原本在美國南卡羅萊納洲全境都可以經常看到極光，」Airapetian說，「當空間天氣事件產生的顆粒沿磁力線運動時，會撞上在大氣中豐富的氮分子。因此，帶電粒子改變了大氣中的化學物，這對地球上的生命進化很重要。」

地球早期的大氣層和現在的大氣層也不同：由兩個氮原子組合形成的氮氣分子佔大氣層的90%，但如今大氣層中的氮氣分子含量只佔78%。當高能粒子撞擊氮氣分子時，氮氣分子又分裂成獨立的氮原子，並依次與二氧化碳碰撞，把二氧化碳分子分裂成一氧化碳和氧原子。

漂浮的自由氮原子和氧原子組合形成了一氧化二氮，是非常強的溫室氣體。一氧化二氮使大氣變暖的能力是二氧化碳的300倍。計算表明，如果早期地球大氣層中一氧化二氮與二氧化碳的含量相同，即使它們的濃度低於百分之一，地球大氣層就能使地球足夠溫暖，以維持液態水的存在。

來自太陽的帶電粒子不斷湧入地球，可能不僅僅溫暖了大氣層，更提供了生成複雜化合物所需的能量。在簡單分子均勻分布的行星上，需要從外界吸收大量能量，以創造出像RNA和DNA這類哺育生命的複雜分子。

對於演化中的行星而言，充足的外部能量至關重要，但能量太多也會造成問題——太陽爆發的一系列連鎖反應形成的粒子輻射對生命是非常有害的。如果行星的磁場強度太弱的話，劇烈的磁雲將行星大氣層撕裂。了解這些化學反應的平衡，能幫助科學家理解什麼樣的恆星和行星適合生命存在。

「行星離恆星有多近？恆星有多活躍？行星磁場有多強大？怎樣才是適合生命存在的星球？我們希望將所有這些信息收集起來，幫助尋找在地球附近的宜居行星以及銀河系裡中的其他行星。」戈達德太空飛行中心的項目首席科學家和論文作者之一的William Danchi說，「參與這項工作的科學家來自不同領域，包括研究太陽、恆星、行星、化學和生物的科學家。通過合作，我們描述出地球早期的樣子，以及生命在其他星球可能存在的區域。」

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