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如果地球比现在大10倍,人类还能生存吗?

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科学发现号 2021-01-18 10:15
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近四年来,美国国家航空航天局的开普勒望远镜在太空中飞驰,探测我们银河系的一角。它监测了超过15万颗恒星,寻找属于其他太阳系的与地球大小相当的行星。这次任务没有让人失望;开普勒发现了很多被称为超级地球的行星。这些遥远的行星可能会让你想起地球,因为它们是岩石,比气态巨星小,位于恒星附近,大气层相对稀薄。但它们比地球要大得多,一般比我们的地球大2到10倍。

因为有如此之多的超级地球,这就产生了很多问题。例如,为什么地球没有这么大?一种理论是,巨型行星木星变得如此之大,以至于切断了让太阳系内侧行星变大所需的物质通道。还有一个问题,如果地球像超级地球一样,体积是现在的两倍甚至十倍,会发生什么?

科学家们预测称,如果地球是现在的两倍甚至十倍。那么地球上所有的生物都会变矮。从人到珠穆朗玛峰再到加州红杉国家公园的每棵树。因为如果你增加一个行星的大小,而其他一切保持不变,同样的重力也会增加。如果地球的大小是原来的10倍,你的重量就会是原来的10倍,因为重力对你的拉力会是它的10倍。人类需要更多的能量来抵抗引力,所以我们今天的结构不会足够坚固,不可能长到今天的高度。

华盛顿大学研究行星宜居性的理论家罗里·巴恩斯认为,有了更大的行星和更强的引力场,地球也会经历更多的碰撞。如果地球变成一颗超级行星,更大的引力将有效地吸引更多更大的小行星,因此“世界末日式”的碰撞将变得比现在更频繁。如果假设的超级地球是现在大小的10倍,地球内部可能会开始发生戏剧性的变化。铁核和液态地幔也会大10倍,随着更大的质量受到更大的重力作用,这种高压可能会导致铁芯凝固。

而现在恰恰是地球液态核心产生的对流电流创造了地球磁场。如果堆芯凝固,电流就会停止,磁场可能会减弱或消除,将对地球上的生命非常不利。如果没有磁场,在太空中飞行的带电粒子,也被称为太阳风暴,可能会撞击地球。这些微小粒子会导致各种问题,包括损害DNA链和增加患癌症的风险。

此外,更大的体积可能会使超级地球比现在更活跃。随着行星半径的增大,内部有更多的能量,而这些能量逃逸将造成更多的火山喷发。在超级地球上,板块构造也会有所不同。但确切的效果仍是一个悬而未决的问题。会有更热更厚的地幔,可能会产生更强烈的对流,从而推动板块更多地碰撞。当然也有可能在高压下,地壳可能会完全熔融在一起,板块构造就根本不存在。

根据科学家到目前为止已经发现的超级地球,不能真正确定它们是否适合居住。开普勒太空望远镜发现这些“超级地球”距离恒星,比地球到太阳的距离要近得多。科学界已知的大多数超级地球与它们的恒星的距离几乎就像水星与太阳的距离一样近。如果我们的地球离太阳那么近,地球上的所有水都会蒸发。换言之,地球将脱离宜居地带,本质上将成为一个蒸汽行星。

但是让人意想不到的是,到目前为止发现的许多超级地球似乎都是富水的,就像个水世界一样。专家猜测有可能这些行星是由大片冰块形成的,然后后来迁移到它们的恒星附近,这促使它们的冰融化成海洋。但这并不意味着这些水世界是宜居的,因为它们的深海变成了坚固的冰层。这些冰不是由低温形成的,而是由超深海的强烈压力形成的,迫使水分子进入固态。这个冰层阻止了大气和地球内部之间的任何相互作用,这意味着没有碳循环(碳在大气、海洋和地壳中循环的过程),也没有矿物交换(通过大气和地幔之间的相互作用来调节地球的长期温度)。这意味着这个星球只是死水一潭。

不过,科学家们承认,对超级地球的了解并不多。因为科学界本身对地球内部的认识,还处于非常浅的层次,就遑论那些远在几十光年外的地外行星了。因此,如果真的地球变得是现在的10倍体积或者离太阳更近会发生什么,科学家的预测也未必准确,是否能够诞生生命甚至文明,谁也不敢肯定。只不过到目前为止,似乎非常幸运的是,我们没有生活在一个超级地球上。

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