在金星的有毒硫酸雲層之下,是一個末日般的世界,溫度足以熔化鉛,壓力足以壓碎重型機械。但情況可能並非一直如此。
2016年,美國國家航空航天局戈達德空間研究所的邁克爾·韋及其同事將首個三維氣候模型應用於早期的金星。他們發現,金星曾經可能非常溫和,以至於液態水彙集在廣闊的海洋中——這是我們所知的生命的關鍵。現在,韋和同樣在戈達德研究所的安東尼·德爾·傑尼奧,基於更復雜的資料,開發了一個行星演化的框架,該框架包含了各種地形和不同量的陽光。他們的研究於五月發表在《地球物理研究雜誌:行星》上,為金星如何在演變成今天酷熱的地獄之前,保持了近三十億年的宜居性提出了新的解釋。
許多科學家推測,金星從一開始就非常乾燥,從未存在過液態水。大約45億年前,當太陽系形成時,太陽的第二顆行星會接收到足夠的陽光,以至於任何大氣中的水都會流失到太空——而輻射會阻礙地球上生命形式的形成。“本來什麼都不會有,”韋說,除非有一些緩解因素。他和德爾·傑尼奧認為,這個因素可能是一個超大的雲層,它在行星演化的早期形成並冷卻了世界。
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與地球不同,金星不是每24小時繞其軸自轉一次,而是每243個地球日自轉一次。考慮到它繞太陽公轉的時間尺度相似(每225個地球日一次),行星的一側通常沐浴在陽光下,而另一側則面臨漫長的黑暗。濃厚的大氣層可以很容易地將熱量從向陽面迴圈到背陽面,使金星保持高溫。但在韋和德爾·傑尼奧的模型中,向陽面的巨大雲層將充當明亮的屏障,反射入射的陽光,並使溫度足夠冷卻以形成液態水。
許多研究人員已經考慮過金星曾經適宜居住的想法,但新模型進一步展示了行星如何轉變成今天的溫室——並且它拋棄了傳統的觀點。“關於金星,我們有一個自己講述的故事。我們在天文學入門課程中教授它,並在書中寫到它,”行星科學研究所的天體生物學家大衛·格林斯彭說,他沒有參與這項研究,但他也是2016年論文的合著者。“結果證明,這個故事是錯誤的。” 這種觀點認為,太陽的亮度緩慢增加,導致行星變得如此溫暖,以至於無法維持穩定的海洋。換句話說,它將所謂的宜居帶的內邊緣——液態水可以創造有利於生命存在的條件的軌道區域——推過了太陽系的第二顆行星。但韋和德爾·傑尼奧的模型表明,即使直到今天,雲層覆蓋本可以提供足夠的陰影,使液態水留在金星表面——如果有什麼東西沒有使行星陷入當前的狀態的話。
作者提出了一個劇烈的機制,最好透過觀察年輕的地球來理解。大約2.5億年前,地球地殼裂開了深深的裂縫,將熔岩傾瀉到地表,並將足夠的二氧化碳噴射到大氣中,在歷史上最大規模的物種大滅絕中,殺死了96%的海洋物種和70%的陸地物種。這些火山事件,留下了被稱為大型火成岩省的沉積物,在一百萬年的時間裡產生了至少10萬立方公里的熔岩。“我們說的是單位時間內噴發出的熔岩量對上帝的冒犯,”北卡羅來納州立大學的行星地質學家保羅·伯恩說,他沒有參與這項研究。
儘管這些噴發在地球上多次發生,經常導致物種大滅絕,但從未同時發生過多次事件。“這對地球上的生命來說是幸運的,”韋說,但科學家們認為沒有理由說明為什麼不能同時發生不止一次事件。研究人員說,如果金星上確實發生了多次這樣的事件,它們會將足夠的二氧化碳傾倒到大氣中,使行星陷入末日般的溫室狀態。
這個假設很有吸引力:“一個如此像我們自己的世界被毀滅,這其中有某種浪漫的悲劇色彩,”伯恩說。“我非常希望這是真的,有一天我們會降落在金星上,找到來自金星生態系統淺海的化石。” 然而,他指出,沒有直接證據支援這種觀點。
作者認為,大規模的火山活動將繼續用火山岩覆蓋行星的大部分割槽域,今天仍然可以看到這種狀態。但明尼蘇達大學德盧斯分校的地質學家維姬·漢森說,她沒有參與這項研究,她表示,20世紀90年代初環繞金星執行的麥哲倫號探測器的測量資料不支援來自一次災難性事件的表面重塑:“如果你看看這些資料,它與所有這些都背道而馳,”她說。根據她的團隊的分析,“我們可以識別出金星演化中的三個不同時期;如果你發生災難性的表面重塑,那就不行了,因為它會抹去所有早期的歷史。”
毫無疑問,這個問題是有爭議的。事實上,許多科學家仍然認為金星從未適合生命生存。
為了 выяснить, 研究人員需要更仔細地觀察我們的鄰居。“我們可以一直做模型直到天荒地老;但這並不能使任何事情正確,”漢森說。“我們必須測試這些模型的結果是什麼。”
伯恩說,我們應該向金星派遣一支宇宙飛船艦隊,包括軌道飛行器、著陸器、氣球、空中平臺,甚至飛艇。這顆行星的大氣層蘊藏著關於多少水流失的線索,而地表可能揭示火山噴發是否以及何時穿透了它。未來的任務可能有助於解決關於金星是否曾經適合生命居住的爭論,並可能推動天文學家擴大他們在整個星系中尋找宜居行星的範圍。
“如果這種情況是正確的,那就意味著類似金星的行星實際上具有生命潛力,所以我們不應該忽視它們,”萊斯大學的地球物理學家阿德里安·萊納迪克說,他也沒有參與這項研究。“我們應該在那裡尋找。”
