太陽系外真的有「另一個地球」嗎？

文圖/鄭永春（中國科學院國家天文台）

許多太空科幻電影中，都描繪了人類未來可能移居到地外星球的光明前景。而銀河系中像太陽一樣的恆星有上千億顆，而整個宇宙中像銀河系一樣的星系又數以千億計。那是不是在太陽系外的另一個恆星系，也有圍繞另一顆「太陽」運行的系外行星呢？它適合我們移居嗎？

事實上，如果是短期登陸探訪，有很多太空探索的目的地可供人類選擇，因為密閉的登陸艙和厚重的宇航服可以保護我們。但如果要移居到另一顆星球，這就要求找到一個適宜人類長期居住的天體，這個天體必須具備更為苛刻的條件……

首先，要有大氣層的保護。以地球海平面的大氣壓力（1個標準大氣壓）為標準，醫院裡的高壓氧氣治療為1.4個大氣壓，珠穆朗瑪峰峰頂約為0.41個大氣壓。如果系外行星的大氣太稠密或太稀薄，人類的心肺功能都將難以承受。如金星表面是90個大氣壓，連載人登陸都無法實現，更不可能適合人類生存了。

除大氣壓外，這個「未來星球」還要有合理的大氣成分和比例。地球大氣的主要成分是氧氣和氮氣，而且符合一定的比例。氧氣含量過高，人會發生「醉氧」，過低則會缺氧。但是，目前空間望遠鏡的觀測結果還無法確定系外行星是否擁有大氣層，更難以判斷大氣成分。從太陽系行星的已有經驗分析，土衛六的大氣是氮氣和甲烷，木衛二為稀薄的氧原子，金星大氣主要為二氧化碳。由此推測，多數系外行星的大氣成分主要為氮氣、甲烷、二氧化碳等，並不適合人類生存。除了氧氣，地球大氣層中的微量氣體也發揮了很大作用，比如臭氧過濾掉對人類危害很大的紫外異塵餘生。如果系外行星沒有臭氧層，人類患皮膚癌的概率將大大增加。

開普勒-452b是迄今為止發現的與地球最相似的系外行星，可能擁有大氣層和液態水，圖為該行星和對應母恆星的概念圖

其次，未來的宜居星球要有液態水和適宜的溫度。水是生命之源，也是驅動行星演化的重要載體，有了水，人與生物圈才能形成相互依賴、不斷進化的生態系統，否則孤獨的人類是難以長期生存的。但現有的觀測手段無法證實系外行星上是否有液態水，只能根據系外行星與恆星之間的距離來估算行星上的溫度，並根據溫度範圍推測是否存在液態水。但是，即使系外行星位於宜居帶內，也無法保證行星表面具有適宜的溫度。就像金星上強烈的溫室效應那樣，行星大氣層的密度和成分將顯著影響行星表面的溫度。

根據進化論，生命的演化需要經歷漫長的過程。太陽作為太陽系的母恆星，是一顆中等品質的恆星，人類預測其壽命大約100億年。現在太陽壽命已經過去約50億年，地球也已經歷了46億年。地球形成後過了8億年才出現簡單的生命，而人類的出現則不過是短短的250萬年。換言之，太陽系誕生約50億年後，地球上才繁衍出高度發達的文明。而在宇宙中，如果恆星的品質太大，其壽命就會比較短，處在這個恆星系的行星可能來不及在母恆星的「有生之年」演化出相對複雜的生命。

再次，宜居行星必須有一個岩石質的表面，讓人類可以繼續生活在陸地上。由於系外行星的品質越小越難觀測，所以早期發現的系外行星大多是木星那樣巨大的氣液態行星，並不適合生命生存。宜居行星還要有一個完美的磁場，可以屏蔽來自恆星和恆星際的高能帶電粒子，因為這些高能帶電粒子可以扼殺掉大多數生命。

另一個重要條件是，宜居行星應演化到了中年階段，內部能量的釋放才比較溫和，因為處於演化早期的年輕行星往往會狂暴地釋放內部能量，導致地震和火山爆發的強度和頻度太大，生命在這些自然災害面前的生存機會將十分渺茫。同理，系外行星所屬的恆星能量釋放要比較穩定，否則人類在恆星爆發的超級帶電粒子風暴面前，只能坐以待斃。

綜合以上因素可知，人類之所以能在地球上生存，是因為地球穿了幾層保護人類的防護衣。

第一層是磁場，它屏蔽了大量高能帶電粒子，保護我們免受高劑量異塵餘生的傷害；

第二層是大氣層，它提供了人類呼吸所需的氧氣和植物生長所需的二氧化碳，其中的臭氧又過濾掉對人體有害的紫外線；

第三層是水圈，水作為載體，促進了地球各圈層之間的物質循環和生物的新陳代謝。

人類是在地球上繁衍進化而成的，我們的一切都已適應了地球的環境。就像世界上沒有兩片完全相同的葉子，宇宙中與地球一模一樣的星球也幾乎是不存在的，所以如果移居到另一顆星球上生存，人類很可能就需要進化成另一種生物。雖然地球並非天堂，也會面臨超級太陽風暴、地球磁極倒轉、小天體撞擊等重大天文災難，以及地震、火山、海嘯等自然災害，即便如此，地球依然是我們迄今為止唯一的生存家園。

今日知識點

中學物理 |宜居條件；系外行星

長按掃描上方二維碼，

加入「知力中小學生科學群」，

青少年科普內容與活動、粉絲福利！

在這裡搶先獲得！

TAG: |