霧霾曾經在遠古地球上堆積，而這對於生命的出現至關重要

從「黯淡橙點」到「黯淡藍點」，生命曾有多少跨越？

當霧霾在太古宙時期的地球上堆積，這顆年輕的行星看起來就像一個「黯淡橙點」。NASA戈達德空間飛行中心 / Francis Reddy

大氣層中的霧霾在行星環境宜居性中可能扮演著非常重要的角色，但多重要？科學家對此仍是迷茫的。為了解開這個謎，一個科研團隊開始把目光投向了我們自己的行星——地球。嚴格地講，是太古宙時期的地球。

那時地球的大氣層和今天截然不同，只含有少量的氧。甲烷、氨和其它有機化合物的成份卻很高。地質學證據顯示，太古宙時期地球大氣層中曾經斷斷續續地出現過霧霾，但學者們不知道為什麼。這個科研小組相信，更好地認識那時地球大氣中的霧霾形成機制，對於我們研究某些同樣被霧霾籠罩著的類地系外行星是有幫助的。

該項目的領導者，NASA戈達德空間飛行中心、天體生物研究所虛擬行星實驗室的Giada Arney說，「地質化學數據顯示，太古宙時期的地球更像一個外星球。」

在最理想的情況下，行星大氣中由富碳或有機物質混合而成的霧霾能夠通過化學反應把分子轉化為生命分子的前身。與此同時，霧霾也可以過濾掉許多可以分解DNA的有害紫外線。

而在最不理想的情況下，霧霾會因過於濃厚而使得光線極難穿透。在這種情況下，行星表面的溫度可能會非常低甚至於完全凍結。假如太古宙時期的地球出現了這樣濃厚的霧霾，那麼它會導致非常嚴重的後果。因為四十億年前的太陽比今天要昏暗，其亮度可能只有今天的80%。

Arney等人利用計算機，模擬了太古宙時期霧霾對地球表面溫度的影響，以及溫度對大氣化學成份的反作用。

模擬顯示霧霾越濃，能夠穿越霧霾的陽光就越少，這樣就會抑制許多會導致霧霾變得更加濃厚的光化學反應發生。形成霧霾的化學鏈條因此被切斷，行星也就避免了因霧霾過濃而永久封凍的危險。

科研小組稱這樣的霧霾為自限性霧霾，他們認為太古宙時期的地球就是一例。研究結果顯示，自限性霧霾的存在僅使太古宙時期的地球溫度下降了大約2攝氏度，遠遠不足以讓地球完全封凍。

「模型顯示，一個圍繞著年輕太陽的行星，如果它和太古宙時期的地球相似，那麼它的表面溫度可能是冷的。但這種冷是有限的，決不會像今天的火星那樣。」戈達德空間飛行中心的科學家Shawn Domagal-Goldman這樣說。

而這樣一個行星無疑可以被列入宜居之列，只要它表面有液態水，即便它的全球平均溫度低於冰點。

假如這樣一顆行星圍繞的恆星和太陽不同，情況又會怎樣？

進一步的模擬顯示，「宿主恆星對行星表面霧霾產生的概率起著關鍵作用，而霧霾也會對行星的宜居性產生不同的衝擊。」華盛頓大學的Victoria Meadows說。

看起來，太古宙時期的地球生活很甜蜜，而霧霾就是它的遮陽篷。假如那時的太陽和今天一樣熱，那麼霧霾粒子也會變得更大——這正是溫度對化學過程的反作用——與此同時它的產生也會變得更有效率，仍然會為地球提供部分防護。

但情況並不總是這樣。部分恆星會產生過多的紫外輻射，導致行星上無法產生霧霾。霧霾也無法保證所有類型恆星周圍的行星都能被冷卻。昏暗的M級矮星產生的能量波段能夠穿越這些霧霾；在模擬中，這些行星因霧霾而變冷的程度很小，它們從霧霾中受惠的是它的紫外線防護作用，這能防止它們的溫度發生大幅下跌。

如果恆星合適，行星大氣中又存在霧霾，那麼我們可以對這樣的優質候選者多加研究。計算機模擬結果顯示，在未來太空望遠鏡的部分設備眼中，行星霧霾的特徵信號可能要比某些氣體如甲烷強。

Arney說，「對於我們收窄某顆系外行星的宜居性而言，霧霾可能會非常有幫助。」

這些研究成果發表在2017年2月8日的《天體物理學期刊》上。