书摘精选》地球是独一无二的吗

位置！位置！位置是好莱坞电影成功的秘诀，是卖出房地产的要件，也是生命散布宇宙的关键。宇宙中有许多地区明显不适合生物生存，只有少数地方可能成为生命赖以存活的绿洲。空旷的太空、恒星的核心、严冻的气体云和气体行星如木星的「表面」，必定都没有生命。我们无法明确掌握生命生存的环境限制，但观察地球生命的所需条件得以让人类有所根据，预测宇宙何处可能会有生命。此外，我们也明白自己怀有偏见，身为地球的居民会以地球的角度来看全宇宙，认为地球似乎是个近乎完美的栖息地。

的确，地球的位置是生命出现的最基本条件之一，地球与太阳之间的距离看起来十分理想。任何行星系统中，与恒星有段间隔之处，都有可能出现类似地球现状的地表环境。所谓「适居区」，意指行星系统中的一个区域，在那里可能找到如地球般生物可以居住的行星；要决定何地为适居区，也就是天体生物学家所说的ＨＺ，首先要看的就是该地和恒星间的距离是否恰当。适居区的观念自创始以来一直广为大家所接受，而且曾是数场重要科学会议的主题，其中一场就是大师沙根在退休前不久亲自举办的。

适居区的特点为：在此区域中，来自中央恒星的热能维持行星的表面温度，让液态海洋不致完全冻结，也不会沸腾蒸发。适居区的实际宽度取决于我们的判定，端看行星到底要与地球多么相似，我们才会认定这颗行星是适居的。地球人快乐地生活在近理想的气候条件中，觉得在极端条件中，诸如没有海洋或行星被冰封的情况下，生命似乎绝不可能存活；但若地球稍微靠近或稍微远离太阳一点，上述极端情况就会出现。居住在适居区或行星的「宜人地区」中，有如在寒冷夜晚身处营火旁；试想：在阿拉斯加的育空地区待上一晚，当温度约摄氏零下七十三度时，你身旁有烧得很旺盛的营火，若睡得太近会着火，但太远又会冻僵。

天文学家在一九六○年代开始讨论适居区的概念，当时认为适居区的范围是依外围的低温和内缘的高温来决定。我们在太空中最近的邻居提供了鲜明的例子，显示若行星接近适居区、但非位于其中会有何遭遇；行星若比适居区还接近太阳，会变得太热，金星就是一例。金星的表面热到几乎通红，如果上面曾有海洋早就已经蒸发，完全消散在太空中。

适居区外，温度太低；如火星，自地表一直到向下数公里的深处都是结冻的。如果地球往适居区外围移动，或太阳释放的能量减少，地球的大气温度就会降低，全球因此而冰封，然后二氧化碳凝结成「乾冰」微粒组成的反射云，最后在极冠固结。

在一九七八年，天体物理学家哈特进行精密计算后得出令人惊异的结论，内容包括一项现在眾所周知的事实，亦即随着时间流逝，太阳会变得愈来愈亮；大约四十亿年前的太阳比现在暗约百分之三十。太阳变亮，适居区的范围就会向外移，因此地球会愈来愈接近适居区内缘。在太阳系存在期间，地球自现在所在位置至离开适居区所经过的这个区域，哈特称之为继续适居区，又名CHZ。根据他的计算，若在歷史中的某一刻，地球与太阳间的距离增加了百分之一，地球上就会出现失控的冰河作用；若减少了百分之五，就会发生失控的温室效应。这两种结果都是无法挽救的，一旦地球遭到冰冻或是温度急速上升变得有如热锅，都不可能有回头的机会。现在大眾普遍认为，冰冻的行星可能会因中央恒星持续变亮，而变得适于居住。若地球的轨道较现在更为椭圆，转圜的余地甚至还会更小。哈特的研究结果显示，太阳四周的继续适居区惊人地窄；而在质量更小的恒星附近，甚至没有继续适居区。这意味着行星要拥有和地球一样的海洋和生命的确很困难。

现在一般认为哈特的继续适居区范围太过狭窄，因为他并未考量到数种效应，其中之一为后来发现的重要化学作用，也就是所谓的二氧化碳－硅酸盐循环。在地球上，此循环有如温度调节器，让地球温度保持在「健康」的范围内。平常阳光会增加地球的热度，但这种作用能维持地球表面的适居温度。二氧化碳是少量气体，只占大气的百万分之三百五十，但二氧化碳也是「温室」气体，会吸收红外线，减缓热量逸回太空的速度。若无温室效应，地球表面温度会比现在低上大约摄氏四十度。二氧化碳－硅酸盐循环（又名：二氧化碳－岩石循环）的自动调温功能是因风化作用而发生，本书稍后会详加说明。假如地球变暖，风化作用会增加，移除大气中的二氧化碳，造成地球温度下降。在地球太冷时，风化作用和二氧化碳的流失量会减少，而火山继续释放二氧化碳，导致地球暖化。这种重要的反回馈系统加宽了继续适居区的范围，但因为科学家尚未完全了解整个行星上二氧化碳－岩石循环作用的成效，所以继续适居区的疆界难以厘清。利用这项新资讯，天体生物学家凯斯丁和同僚将适居区定义为「恒星周围的一段区域，其中出现似地球的行星（具同等质量），行星具有含氮、水和二氧化碳的大气，气候适宜让居住在地表、以水维生的生命生存。」在一九九三年时，他们推测继续适居区的宽度非○．九五AU，而是一．一五天文单位（AU代表地球到太阳的距离，亦即一亿五千万公里左右）；这项结果比哈特的估计宽了许多，但仍十分窄小。

在天体生物学中，适居区的观念十分重要；但位于适居区内，并非生命出现的必要条件。生命能在恒星适居区以外的地方生存。若太空船的供给、动力和设计均十分「完善」，太空人几乎能在太阳系的任一地生活，并且（在这种情况下）在宽广、空旷的宇宙中任一角落存活。另外，发现嗜极生物让科学家开始採用全新的角度来研究适居区，和短短数年前完全不同。一般定义的适居区，其实是动物的适居区，而居住在地底、只需少许化学能量和水的嗜极生物，也许能在适居区外多种环境中生存，包括行星、卫星，甚至小行星的地表下。木卫二即是个好例子；这个隶属木星的卫星可能有个地下海洋。对微生物来说，即使木卫二和传统定义之适居区相差甚远，或许仍是个好居地。

(本文摘自《独一无二的地球》/ 猫头鹰出版社)

【内容简介】

本书主要探讨一个问题：宇宙中也具有看似可以养育生命条件的行星，为何都不像地球拥有复杂的生态系和丰富的生物群相？ 为何在太阳系或是整个宇宙中找不到第二颗地球？

本书中融合古生物学、地质学与天文学，带我们检视地球与眾不同之处。本书从地球的各种地质证据开始，扩及宇宙天文上的发现，逐一比较讨论地球发展出生命的各种条件可能，并在最后检视地球为何如此特别，为何地球上能够有复杂生命的出现？

高等生物演化与生存所需的条件非常复杂，这些要素包括DNA的形成、板块运动和月球所扮演的角色等，缺少任何一项就不可能有今日地球上的蓬勃生命，这是一个奇蹟，是一连串偶然要素的相遇，才形成了地球上的复杂生物。

【作者简介】

华德 Peter D. Ward

美国地质学家，现职为华盛顿大学西雅图分校以及阿德莱德大学史宾格地球生物学研究中心地质学教授，曾任NASA天体生物学研究所、加州理工学院等的研究职位。大灭绝研究的权威，专门从事白垩纪、二迭纪－三迭纪灭绝事件。之前的着作有《远方长毛象的呼唤》、《演化的目的》、《论麦修撒拉之路》等，《论麦修撒拉之路》更获得美国地质学会所颁发的「金三叶虫奖」，表彰他在地质学领域上杰出的贡献。

布朗李 Donald Brownlee

美国天文学家，现职为华盛顿大学西雅图分校天文学教授，同时为NASA星尘任务的领航研究员，也是美国国家科学委员会之成员，专长为太阳系之起源、天体生物学、彗星和宇宙尘埃。他原本于加州大学柏克莱分校的时候主修为电机工程，之后在华盛顿大学获得天文学学位，并曾任芝加哥大学的杰出客座教授。

1991年，小行星3259号以布朗李命名，此外，国际矿物学协会将一种从彗星中发现的褐铁矿以布朗李为名，表彰他在太空研究的贡献。他曾荣获美国国家科学院的「劳伦斯．史密斯」徽章，以及美国气象学学会的「伦纳德」奖章，更于2007年获得NASA所颁发的特殊科学成就奖章。