如果你覺得夏天太熱或冬天冷得難以忍受，那就安慰一下自己，在遙遠的過去，我們星球上的季節可能更加嚴酷。然而，一些科學家認為，溫和季節的到來不僅僅是提供了舒適感。
季節性變化減弱可能與大約6億年前地球上覆雜生命的出現有關。在遙遠的星球上，溫度的極端季節性峰值和驟降同樣可能決定生命是蓬勃發展、勉強維持還是消亡。
當行星自轉軸相對於行星軌道平面傾斜時，就會出現季節。最近的研究表明，軸向傾斜及其伴隨的季節性（有助於調節全球溫度）的喪失可能會使外星生物走向滅亡。科學家們也在考慮相反的情況：在那些酷熱的夏季和毀滅性的寒冬使得任何複雜生命的進化都希望渺茫的世界。
支援科學新聞事業
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞事業 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
“軸向傾斜，或稱黃赤交角，是行星氣候和潛在宜居性的關鍵引數，”德國波茨坦萊布尼茨天體物理研究所的博士後研究員勒內·海勒說。海勒是去年發表的兩篇關於紅矮星周圍宜居行星上由於潮汐相互作用導致的黃赤交角損失的論文的主要作者。
季節性失調
許多現象都會影響行星曆史上黃赤交角的角度。主要例子包括大型宇宙天體的撞擊，以及來自伴行星和中心恆星的引力。在傾斜行星上的一年中，不同程度的溫暖陽光照射到北半球和南半球。
地球目前的黃赤交角約為 23.5 度。加上每日自轉，這種適度的黃赤交角確保了最冷的極地地區和最熱的沙漠地區之間的溫差不會太極端。[圖片：最奇異的外星行星]
與我們的星球不同，軸向傾斜度不超過幾度的另一個世界不會經歷太多的季節性變化。較冷的極地地區將導致更狹窄的宜居區域，如果再加上過熱的赤道，可能會使這個世界成為複雜生命難以生存的地方。對於行星系統中“宜居帶”中的高黃赤交角行星來說，情況甚至更加嚴峻，宜居帶是軌道帶，在該軌道帶中，水可以以液態形式存在於行星表面。
以一個黃赤交角接近天王星（約 90 度）的類地行星為例。北極將在一年中的四分之一時間指向中心恆星，然後在另外四分之一的時間直接背離中心恆星。
“你的北極在一年中的一部分時間會被煮沸，而赤道幾乎得不到陽光，”海勒說。與此同時，“南極在完全的黑暗中凍結。” 本質上，一個星球的一側被傳統的灼熱地獄所主宰，而另一側則像但丁《神曲》第九層地獄那樣是超冷地獄。
然後，更糟糕的是，地獄會在半年後反轉。“半球被週期性地消毒，要麼是因為輻射太強，要麼是因為冰凍，”海勒說。
有人喜歡熱……有人喜歡冷
生命——總是具有韌性——仍然可以在“側身”旋轉的行星（天王星式）上找到生存之道。也許遷徙的生物可以跟隨可生存的、快速變化的氣候帶，而另一些生物則在赤道找到避難所。頑強的生物可能只是度過極端溫度。地球上就有這些堅韌生物的例子，主要是細菌，它們自然而然地被稱為“極端微生物”。
其中一類生物，稱為嗜熱菌，在溫泉和熱液噴口周圍的無光海洋深處茁壯成長。嗜甲烷火菌可以在高於 250 華氏度的高壓水中繁殖。另一方面，嗜冷菌在低至 5 華氏度的鹹海水的冰層覆蓋的空腔中生長。
當條件變得太熱或太冷時，形成孢子的細菌會進入休眠狀態，將自己包裹在稱為內生孢子的堅韌結構中。微生物可以在冰中休眠數百萬年，並在解凍後立即恢復複製。
地球變得更像地球
對於比最簡單生物群更復雜的生物來說，耐久性的壯舉肯定會對黃赤交角高於地球的外星行星構成許多挑戰，儘管遠低於天王星的黃赤交角。
“對於複雜動物來說，僅僅 40 度的黃赤交角可能就很難承受，因為酷熱的夏季和寒冷的冬季會影響地球的大部分地區，”澳大利亞阿德萊德大學的地質學家喬治·威廉姆斯指出。[極端微生物：世界上最奇異的生命]
威廉姆斯認為，這種非常特殊的氣候條件可能阻礙了我們星球上大型和多樣化生物的進化。在大約 5.8 億年前，科學家認為地球上的生命主要由微小的藻類和細菌組成。之後，水母和蠕蟲等複雜動物出現在地球上。然後，從大約 5.4 億年前開始，在所謂的寒武紀大爆發中，生命變得瘋狂起來。各種各樣的複雜身體型別，包括脊椎、貝殼、眼睛、腿等等，突然出現在化石記錄中。
地球是否曾經擁有過高黃赤交角？計算機模型說是的。45 億年前與火星大小的天體發生的災難性撞擊，據認為創造了月球，可能使地球的自轉軸嚴重偏離行星軌道平面。有趣的是，一些地質證據與地球在大部分歷史時期都具有高黃赤交角相符，直到大約 6 億年前。
冰川在這方面提供了關鍵資訊。正如由澳大利亞聯邦科學與工業研究組織的菲爾·施密特領導的眾多地球物理學家所表明的那樣，冰川過去常常優先在以前的低緯度地區形成。（有點違反直覺的是，黃赤交角超過 54 度會導致赤道平均溫度低於兩極。）
固定在冰川沉積物中的磁方向揭示了這種古代冰川活動。相關的沙楔結構，例如那些發生在現代極地地區的沙楔結構，也表明季節性溫度波動很大。從冬季到夏季，在以前的赤道附近，溫度變化超過 100 華氏度。如果今天發生這種情況，暴風雪可能會在亞馬遜雨林降雪。
高黃赤交角的地質標記在所謂的元古代-顯生宙邊界附近逐漸消失。在此之後，重要的冰川作用僅發生在較高的緯度地區，生命開始蓬勃發展。
“在元古代-顯生宙邊界附近，地球的宜居性似乎有了顯著改善，”威廉姆斯說。“我曾建議，黃赤交角的減少是這種宜居性重大變化的主要原因。”霍華德大學大氣物理學家格雷戈裡·詹金斯使用高黃赤交角的地球氣候模型證實了這一觀點。
當然，對於寒武紀大爆發，人們已經提出了許多其他解釋，儘管每種解釋都有其缺點。這些想法包括大氣中氧氣或海水中鈣或磷的濃度更高，甚至包括眼睛的進化啟動了生物多樣性。
威廉姆斯的假設本身也存在一個巨大的漏洞：一種機制，可以在地球最古老的已確認的極地冰川作用之前的 1 億年內，將地球的傾斜度降低約 30 度。對地球內部構造過程歷史以及與月球的引力相互作用的研究可能會闡明這個問題。
“宜居帶”黃赤交角？
在系外行星研究的現階段，除了大小、質量和軌道週期之外，人們對大多數外星世界的特徵知之甚少。辨別軸向傾斜及其對行星宜居性的影響將是未來幾十年尋找外星生命的一個重要方面。
事實證明，地球 23.5 度的黃赤交角，就像它與太陽的軌道距離一樣，是季節性的“宜居帶”數值——在任何一個方向上都不過分極端——因此非常適合複雜生命。
“太陽系中天體的黃赤交角已經得到了廣泛的研究，”海勒說。“但是對於系外行星，我們正在進入新的領域。”
這個故事由SPACE.com提供給《天文生物學雜誌》。在 Twitter 上關注 SPACE.com，瞭解最新的太空科學和探索新聞 @Spacedotcom，並在 Facebook 上關注我們。
版權所有 2012 SPACE.com，TechMediaNetwork 公司。保留所有權利。未經許可，不得釋出、廣播、改寫或重新分發此材料。