地球是一個水行星,大量相互連線的水體,即海洋覆蓋了其表面的71%,它們調節著全球氣候,它們為土地帶來雨水,這些水充滿了養育我們的湖泊和河流。現在科學家們已經探測到隱藏在地球深處的岩石中如海水般巨量的水,為什麼我們的世界被賦予如此豐富的資源?地球是太空中唯一的綠洲嗎?在我們凝視星星的這麼長時間裡,它們幾乎沒有提供任何跡象表明,超出太陽系的某個地方,有像我們星球一樣豐富的資源。
最近,天文學家利用美國宇航局的開普勒太空望遠鏡等軌道天文臺,以及精密的地面望遠鏡快速發現行星。在這陌生的宇宙中,有數倍於木星大小的巨大氣態行星,也有在其母星爆炸時形成的由岩石和燒焦的殘餘形成的行星。有些恆星有狂野的橢圓軌道,它們遠遠飛向太空,然後又回到它們的母星的炎熱大氣覆蓋的近處。在這些不宜生存的行星中,有一些帶著水和冰存在的痕跡。水是我們所知道的培育生命所需要的成分。
尋找這些類似地球的行星的競賽,再次引發了一個古老的問題?是否在廣闊的銀河系中,像地球這樣的行星非常豐富?生命也很豐富?或者說地球是否是貧瘠宇宙中罕見的伊甸園呢?我們可以通過重新回顧地球的歷史,尤其是賦予它水的情形式來開始找到答案。在太陽系之外,即使在寒冷黑暗的太空中,宇宙中依然也充滿了原子和分子。它們是不斷髮展的宇宙的原始物質,是恆星和行星的基本構件。在某些地區,星雲可能會發出令人毛骨悚然的星光,這些是新恆星和太陽系誕生的地方。成千上萬的這些發光的氣態雲,散佈在整個銀河系中。在它們冰凍的內部,原子結合成更復雜的分子,氨,甲烷,一氧化碳和水。對天文學家來說,水H 2 o的存在並不令人意外,氧是我們宇宙中第五豐富的元素,起源於佔據許多星雲中的恆星,被稱為紅巨星。
在它們的核心深處,高溫高壓導致氫原子和氦原子碰撞在一起,形成像氧一樣更重的原子。當這些恆星死亡時,它們會將氧和其他元素丟擲,進入周圍區域。大約50億年前,在如此豐富的化學物質中,一顆中型星,我們的太陽誕生了。在流入這顆新星的氣體和塵埃的旋渦中,一個由行星、衛星、小行星和彗星組成的太陽系逐漸形成。今天在太陽系的幾乎每一個角落都可以找到水,冥王星及其衛星卡戎是圍繞太陽系外圍軌道執行的一類小物體的一部分。它們行星誕生的遺留物,表面覆蓋著一層厚厚的冰凍的甲烷和水冰。此外,在藍色的行星中,海王星和天王星的顏色不是來自水,而是來自甲烷雲所形成的冰凍大氣。在它們內部,帶電粒子在液態水的海洋中迴圈,產生電流和磁場。這些海洋可能更像是電池的酸液而不是水。在土星光環的褶皺內有無數的冰粒,在它們上方徘徊的是衛星土衛二,它的冰面使其成為整個太陽系中最明亮的天體之一。卡西尼號探測器探測到,從它南極射出的水冰流,科學家推測它正從地表下的液態海洋中逃逸出來。
最大的行星木星,擁有自己的水庫,雖然在這顆巨大行星的大氣中,水的儲存相對較少,它有助於引發風暴,像旋轉的大紅斑一樣。木星風暴是水蒸氣上升和下降的結果,就像地球上的雷暴一樣。越過木星的翻騰的大氣,越過其火山遍佈的第一個衛星木衛一。來到一個水世界,木星的衛星木衛二,它是明亮光滑的表面充滿縱橫交錯的通道和凹槽,它們被認為是由下方的液態水海洋或泥冰的變化而形成的,木衛二可能有一個內部熱源,木星的重力在其岩石核心上的拉力摩擦。如果生命形能夠棲息在這個內部海域,他們肯定是非常原始的。朝著太陽移動,小行星們小的不過是鋸齒狀的岩石和鐵屑,但它們卻夾雜著極少量的冰凍水。即使是在炎熱的水星上,你也可以找到隱藏在極地隕石坑中的水,這些隕石使其免受太陽的照射。同樣,航天器已經在月球兩檢測到大量的冰,阿波羅號宇航員帶回的岩石中有證據表明,月球內部很可能充滿了水。
然後就是火星,處在科學家稱之為生命區的外圍。足夠的太陽熱到達火星使水變成流動的液態。從古時縱橫的網狀幹河床推斷,科學家們相信水一度流入這裡。然而今天,火星又冷又幹。在夏季,沙塵暴伴隨著颶風沖刷著地面,在冬季,冰凍的二氧化碳帶來霜凍。如果火星上還有水的話,很可能是被地表下的岩石吸收了。
金星位於生命帶的內緣,在大小、品質和成分上與地球相似。然而,它濃密的雲層掩飾了一個可怕的現實,從雲層中滴下的不是水而是硫酸。一些Sunny能夠穿過雲層,但厚厚的二氧化碳大氣,這種"溫室效應"捕獲足夠的太陽能,使金星成為太陽系中最熱的行星。這裡的水不管以什麼形式存在都無法留存。宇宙飛船金星快車發現太陽風穩定地剝離了較輕的水分子,它們從夜區逃離了這個星球,然後被太陽風吹進太空。
火星可能遭遇類似的命運,是什麼讓我們的星球如此不同?一方面,地球被包裹在其核心深處產生的磁場中,它使太陽風偏轉,就像一道防護罩。金星不同,從古代星雲遺傳下來的水,從早期開始就能在這個小而多岩石的世界中流動。
今天各種形式的水佔據了地球的主導地位,它被捆綁在兩極的冰帽中,隨著季節的變化增長和收縮。它在海洋、湖泊和河流中起伏不定,覆蓋了地球表面積的四分之三,它漂浮在大氣層中的水蒸氣雲層中。當Sunny照射到地球上時,水蒸氣會吸收一些能量保持熱能,我們大氣層中的另一個重要成分作為恆溫器,就像一個控制旋鈕,以保持氣候過熱或過冷。微量二氧化碳吸收足夠的能量以支撐全球溫度並使水保留在大氣中,但地球並不是生來就有這平衡的二氧化碳含量的。
在早期地球上堆滿了火山,這些火山將大量的二氧化碳和其他化學物質釋放到空氣中。隨著時間的推移,一些二氧化碳被岩石和水之間的化學反應除去,並被衝入大海。這使得另一個關鍵因素髮揮作用,在海洋深處,原始的生命形式隨著在光合作用過程中,吸收二氧化碳和釋放氧氣的能力而進化。因此一個行星要孕育生命,僅僅有水是不夠的。讓碳迴圈進出大氣,並調節全球氣候的能力,可能是外星球能夠被稱為類地球行星的最大障礙。
幾千年來,我們已經學會了如何探索我們的水世界,但是探索的工具已經發生了改變了。而今天我們正在向太陽系外的太空中尋找像地球這樣的行星,還有像地球這樣的水世界嗎?它們是否支援生命和人類的發展?在對距離地球1200光年的開普勒62等恆星的研究中,出現了許多誘人的暗示。科學家們最近使用開普勒太空望遠鏡探測到,兩顆行星圍繞這顆略大於地球的恆星執行,它們都在生命區內。這些世界是否有與地球相似的磁場,氣候和廣闊的水域?或者它們是否和地球的姐妹星球金星一樣,有著密集的溫室大氣和貧瘠的景觀。當我們將目光投射到更遠的空間和時間範圍時,我們對生命的探索還在繼續。當我們掃描銀星系尋找另一個宇宙中的綠洲時,我們會注意到類似於我們所在世界的獨特簽名。