两颗星球条件相似,生命却不能同时诞生
著者:余生
@太空生物学 / @天体生物学
事实证明,宇宙的押宝是成功的,生命就是在这两个几乎是双胞胎一样的星球当中的一个诞生。但是,既然两颗星球的条件如此相似,为什么生命只选择了地球而没有选择金星呢?这两颗星球有很多相似的地方,但却有一个容易忽略的地方,那就是地球有一个月球,而金星没有,这个被人忽略的现象,现在被认为是金星功亏一篑的关键因素。月亮是地球生命工程启动的一部分,没有月球,地球或许就没有生命。实际上可以把地球和金星都看作是拥有完美设备的生命工厂,但是这个工厂开工最重要的条件就是——通电。没有电,生命的系统就无法运转,怎样才能通电呢?
地球和金星自身就是“发电机”,而且是“火力发电机”,在这两个行星的核心温度高达6000度以上,在这种温度下,星球内部的金属铁就会变成等离子体,而等离子只要旋转就会产生电流,但是最终是地球发电了,而金星没有发电。
造成地球发电的动力是碰撞,一个火星大小的星球在一个合适的倾斜角度撞击了地球,于是地球开始了旋转,旋转就让地球这个“发电机”开始发电,金星没有得到这样的碰撞,它的发电机就始终没有启动,于是这两个星球的命运就完全不同。
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发电最重要的功能就是在星球的外部形成磁场,因为一个宇宙中能够经营生命的星球必须靠近自己的恒星,否则就得不到足够的能量,但靠近恒星的行为是很危险的,相当于与虎谋皮,在获得恒星能量的同时也会遭到恒星中很多危害生命的物质的伤害。太阳辐射中最具杀伤力的物质之一就是带电粒子,而磁场就是专门防护带电粒子的一个盾牌。
地球的磁场在大约64000公里外的高空形成屏障,它可以允许阳光通过而把太阳带电粒子隔绝于地球以外,这个磁场不仅保护生命,而且还保护生命存在所必须依赖的液态水。水分子是由两个氢和一个氧原子组成,它们遇到太阳的带电粒子就会被打断化学键而分解,一旦分解,这些分子中的氢原子会挣脱地球引力逃向太空,因此由于地球无法复原水分子而导致水自然枯竭。由于有电磁场的保护,地球上的水蒸气在升到天空上时,那个“电磁天花板”可以把那些带电粒子拦截掉。因此,地球的水蒸气会永远安全地存在于星球上,不停重复它们从陆地到天空的水循环。
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月球,实际上就是地球水资源的最大投资者
月球,是碰撞的副产品,它以损失自己原有物质的1/2为投资代价,换取了地球高速旋转,这个旋转使得地球发电,并且拥有了磁场来保护液态水。早期地球的表面是非常高温的,雨水甚至落不到地面就会蒸发,但它们在空中得到磁场的保护,冷却以后就会以降雨的方式重新落下,这种循环可以无穷地进行,直到雨水最终落到地面上。
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早期地球的雨水远比今天大得多,因为地表蒸腾的速度远远大于今天,因此黑沉沉的、混着火山烟尘和水汽的浓云几乎可以不间断地下几万年的暴雨,狂泄的雨水在地球上最终形成了海洋,在海洋中,宇宙最重要的事情就发生了,因为在液态水里简单的分子可以非常复杂地组合,而其中复杂到极致就是——生命。
40亿年之前,一批伟大的分子在这个充满能量的液态水环境里艰难创业,经过亿万次的尝试和失败,终于创造了生命。
40亿年之后,这些比初级细胞还要简单万倍的小颗粒的后代,将会主宰我们的星球,因为它们后代中的佼佼者就是——人类。
但是,从诞生生命到演化出人类,地球生命还要走过40亿年演化的道路,这个道路极其漫长,但是这已经是大大缩短的时间了,如果按照今天地球的动态,生命演化的时间进程,可能要拖延一半以上。
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图解:生命演化图
影响生命演化速率的最大障碍·太阳能量
生命的生存离不开阳光,但是太阳光里的紫外线又对生命有极大的杀伤力。
当然,这个问题今天解决了,因为今天的地球上有大量的绿色植物,它们可以生产出1000万亿吨氧气,占全部空气的25%,这些氧气一遇到阳光就会变成臭氧,而臭氧层就能将紫外线反射出去。
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而早期地球的氧气很少,形成不了臭氧层,无法阻挡紫外线。早期生命的生长只能分成白班和夜班,因为紫外线的杀伤主要体现在细胞分裂繁殖的时候暴露出来的DNA蛋白,于是细胞把光合作用的时间安排在白天,而把繁殖的时刻放在晚间进行,也就是用昼夜的开关来控制繁殖和生长。不过,因为这个开关一昼夜轮回只能用一次,所以实际上昼夜变化的转换速率决定了生命的演化速率。
庆幸的是,地球原本的昼夜变化的时间比今天快得多。根据目前对地球自转速度的计算,地球自转周期是逐渐变慢的,每10万年内约增长1.6秒,这样计算的结果是,在40亿年前地球的转速大约是今天的6倍,这就意味着早期地球的昼夜节律的轮换是今天的6倍。是月球自杀式诞生过程的碰撞换取了地球曾经几乎是不可思议的高速自转,以最大的力度拨动着生物钟的节奏,加快着生命的演化的速度。
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图解:地球自转周期是逐渐变慢的过程图
我们的简单的祖先生活节奏比我们紧张得多,但这是必须的,因为虽然太阳是宇宙中最优秀的核锅炉,它理论上的寿命有100亿年,但是实际上它的黄金工作年限只有60~70亿年,以后它的核燃料会逐渐枯竭,这时候太阳会剧烈膨胀,包括地球在内的行星都将被它的火焰吞噬。正是地球早期快速的自转,大大缩短了生命演化的时间,因此我们可以高枕无忧地享受太阳的能量。地球早期快速的自转也避免了随着时间的拖延而增加的不可预测的风险。
生命的演化并不只是匆匆赶路,当生命的结构演化得越来越高级以后,对地球的动态会有更高的要求
月球,作为碰撞的延续,将对地球生命的命运产生重要的影响,它一方面充当地球的刹车,减慢了地球的转速,让地表更加的安宁,另一方面它能消除地球的能量所带来的灾难。
地球转动产生的磁场保护着星球围绕太阳旋转,保护着星球上的生命和水资源,但是这个磁场却是双刃剑,它虽然屏蔽了外部的威胁,却产生了内部的危机。地球是一个内部拥有很大热量的星球,否则就不可能有磁场,然而这些热能是不可能长久地封闭在地下的,它们必然会寻找机会冲出地表,这些热能如果不加以处理而全部集中起来以火山的形式喷发,地球就会生灵涂炭,后果不堪设想。
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不过奇怪的是,地球上的火山并不多、也不大,和邻居金星、火星相比,地球的火山的数量和个头都远远不如它们。金星上有10万座火山,可以说遍布整个星球,金星上几乎遍地都是炽热的岩浆。而火星上的火山虽然数量不是很多,但体积巨大,其中的 「奥林匹斯火山」可以比地球上最高的珠穆朗玛峰·8848.86米高3倍,这样的火山一旦爆发几乎可以吞没半个火星。
地球上的火山普遍很小,而且数量也很少,它们大多很规律地分布在大陆和海洋一条狭窄的分界线上,这也是月球起的作用,月球是地球的“消防队”因为地球上有大陆的漂移,就是地壳最上层的陆地板块会运动,也就是会散热,这是其他星球所没有的。
地球的板块运动和月球有很大的关系,因为月球恰好能对地球的水形成强大的潮汐力,这个力不仅可以形成常见的潮水,同时这个潮水的动荡还能在大尺度上形成类似跷跷板的力学原理,也就是用水体的运动压迫地壳,让水体与潮汐的涨落对地球产生不断变化的压力,这种压力使得地壳发生破裂和移动,于是地壳在移动中大陆板块之间出现能量的大量溢出,使得地下热能得以释放。可以说,月球已对地壳破坏的力量,使地球的表面获得了最大程度的宁静。
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月球所参与影响的大陆板块移动,不仅仅只是对地球灾难的缓解,同时板块移动也对生命的演化起到至关重要的影响
地球曾经被超大型的动物·恐龙所主宰,它们统治地球的时候,地球的大陆形成了一个整体叫做·泛大陆,恐龙整体生活在泛大陆上,这块大陆几乎完全以赤道为中心,非常温暖。恐龙作为完全依赖阳光的冷血动物,依靠着温暖的气候称霸地球近2亿年,这期间恐龙完成了最辉煌的由脂肪和蛋白质构成的庞大身躯,最高的恐龙可以达到40米高,这是蛋白质的摩天大楼。但是地球拒绝仅仅是蛋白质和脂肪的堆积,生命应该有更精彩的内容。
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在月球的协助下,地球的陆地移动了,2亿年前 「泛大陆」分裂,这就使得恐龙走上了灭绝的道路。因为分裂的大陆一部分到了「极地」形成了冰雪覆盖的冰原,就相当于给地球安了“冷气机”,使得地球整体气温大大降低,于是过于受天气宠爱的恐龙无法适应整体变冷了的地球气候渐渐灭绝了。而技术含量更高的哺乳类物种却大显身手,因为这种物种有着自身的发热系统,远比恐龙善于对付恶劣的气候,从此哺乳动物进入了繁荣,作为哺乳类的成员,人类的诞生也开始了倒计时。
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图解:「泛大陆」时期的地球
大陆漂移,不仅可以让哺乳动物打败恐龙,人类的诞生和陆地的漂移有很大的关系
人类虽然诞生在非洲,但是人类的种子也就是最早的高等灵长类诞生在中国的东部·江苏溧阳,在石灰岩矿山里发现了几块牙齿化石,经过鉴定,这几块几块牙齿化石是地球最早的、距今4800万年前的高等灵长类动物的牙齿,这个早期高等灵长类被命名为·中华曙猿。它的头颅和口腔的内部结构,这些最重要的特征都符合高等灵长类的特点,特别是它的三颗前臼齿比低等灵长类的四颗前臼齿明显地缩短了面部的扁平度,已经和高等灵长类很接近了,因此被认为是地球上最早的高等灵长类。这次的发现延伸了非洲最早的人类祖先,因为非洲的人类演化史只有3500万年。
就在人类的种子在亚洲徘徊的时候,印度大陆撞上了欧亚大陆完成了今天世界的最后拼图,这个碰撞使得亚洲和非洲之间出现了一条伟大的通道,很可能中华曙猿就是在这个时候走向非洲,完成了人类演化得更精彩的后续故事。
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图解:中华曙猿模拟图
余生结语·月球是一个不可或缺的角色
如果说大陆的移动是和月球的影响有某种特殊的联系,那么我们就不能忽略在人类诞生的过程中,月球是一个不可或缺的角色。生命的摇篮是地球和月球两个星球组成的,月球配合着生命的自然演化已经完成了自己的使命,那么它在未来还将对人类做什么新的贡献呢?
毫无疑问,开发月球将使人类走向太空的一个重要的跨越,这里有着关系到人类未来的伟大意义:
首先,月球将会解决地球人类最头疼的一个问题——能源。
人类必将摆脱已经很短缺的生物化石能源,而最终使用高效率、无污染的新能源,其中最重要的就是核聚变,然而核聚变的燃料地球上比较缺乏,成本非常高。而月球是一个核聚变的能源库,它拥有非常多的核聚变燃料,这些燃料一直被地球拒绝着,因为这就是太阳的带电粒子,为了生命、为了地球的水资源,地球的磁场一直把它们屏蔽掉了。但是月球却几十亿年以来照单全收,目前月球的表面完好地覆盖着一层重达几百万吨的太阳的带电粒子,足够人类使用几百年。因此从这个角度来说,月球未来对人类的能源的意义就相当于或者超过地球的石油对人类的意义。
其次,月球含有丰富的矿藏。
这些矿藏很多都是陨石带来的,它们就分布在月球的表面,因为月球没有地壳的运动,这些物质几乎是原封不动地保留在原地,所以月球是一个40亿年的古老宇宙矿物超市,人类已经开始对月球的表面进行探测,相信一定会有丰富的收获。
另外,月球极地中的冰。
月球的极地已经发现了冰,这个发现对于开发月球有重要的意义,因为这个资源对于人类建立月球的生态系统、支持人类的登月、开发月球有极大的帮助。
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当然,月球还有很多人类文明发展所需要的资源,人类科技文明的腾飞将会是在月球上,相信大规模开发月球的时代即将到来。
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卫星上极端气候现象将提供太阳系天体的物理和化学演化过程的信息
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