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对于我们大多数人来说,我们的世界只是我们居住的地方:你出生,接受教育和/或学习一门手艺,也许组建自己的家庭,将你获得的一些知识和智慧传递给他人其他人则变老并最终死亡。这过于简单化了,但这是地球上人类的共同经历。地球就是我们做“一切”的地方。如果您非常幸运,您将有机会实际环游地球并访问您出生地以外的大陆,亲眼目睹地球的真正广阔及其文明和生物群落的多样性。你意识到我们很多,但我们也是一个……我们所有人都在一个岩石球上,覆盖着一层薄薄的水,绕着一个巨大的火球旋转。

长期以来,人类(和地球)是宇宙中心的观点统治着科学和哲学思想。事实上,像亚里士多德和托勒密这样的伟大思想家都支持这种宇宙模型。尽管这两个人中几乎同时代的萨摩斯岛阿里斯塔克斯提出了日心说宇宙观,但他的想法并没有得到足够的支持。在尼古拉·哥白尼的科学领导下,日心说模型花了近 1800 年才被普遍接受。

众所周知,哥白尼革命在接下来的一个世纪中通过约翰内斯·开普勒和第谷·布拉赫的工作获得了进一步的支持。伽利略对木星卫星的望远镜观测无疑为地心模型的棺材钉上了钉子。艾萨克·牛顿随后继续提出日心模型,表明地球和太阳系中的其他行星绕太阳运行。

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随着望远镜工程的改进,我们对当地宇宙的视野变得越来越大。到 1750 年,托马斯·赖特 (Thomas Wright) 提出,银河系是一个巨大的恒星体,所有恒星都通过引力聚集在一起,并围绕银河系中心旋转。对当时的我们来说,银河系就是一切——我们能观察到的一切——所以银河系就是宇宙。然而,直到 1920 年,赫伯·杜斯特·柯蒂斯 (Heber Doust Curtis) 对极其微弱且遥远的星云的观测才最终让人们接受仙女座星云 (M31) 实际上是另一个星系。整个20世纪,光学技术不断进步,越来越多的星系被发现。

1992 年,在脉冲星 PSR B1257+12 周围发现了第一颗系外行星。这些是类地质量的世界。下一次系外行星发现发生在 1995 年,一颗围绕飞马座 51 运行的气态巨行星。从那时起,发现系外行星的速度不断加快,现在我们可以在一个项目的范围内探测到数百颗系外行星。2016 年,开普勒太空望远镜在一个这样的时期记录了 1,284 颗系外行星,其中 100 多颗质量为 1.2 倍地球或更小,而且很可能本质上是岩石。截至2018年9月,世界联合天文台已探测到3845颗系外行星,分布在2866个行星系统中,其中636个是多行星系统。

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这些世界可以通过各种方法来探测,包括:测量(潜在)行星的主恒星的径向速度,通过行星如何影响其恒星来了解行星的质量;凌日光度测量,当一颗(潜在的)行星在我们的望远镜和它的主恒星之间移动时看到它;反射/发射调制可能会向我们展示(潜在)行星的热能;观测由(潜在的)大质量气体巨星的引力引起的主星潮汐扭曲;引力微透镜,其中两颗恒星在我们从地球上的观测视野中相互排列,它们的引力扭曲就像放大镜一样,可以帮助我们注意到其中一颗恒星周围的行星;以及近十几种其他方式。

目前,在我们探测到的数千个系外行星中,有 55 颗可能适合居住。波多黎各阿雷西博行星宜居性实验室将它们分为两类: 保守的宜居世界“更有可能具有岩石成分并维持表面液态水(即 0.5 < 行星半径 ≤ 1.5 地球半径或 0.1 < 行星最小质量) ≤ 5 个地球质量,且行星在保守的宜居带内运行)。” 乐观宜居行星“不太可能具有岩石成分或维持表面液态水(即 1.5 < 行星半径 ≤ 2.5 个地球半径或 5 < 行星最小质量 ≤ 10 个地球质量,或者行星在乐观宜居区内运行) ”。

如果那里有这么多潜在的宜居系外行星,那么地球有何特别之处呢?

除了我们之外,还有什么?

虽然我们迄今为止发现的存在于我们认为“潜在宜居”范围内的系外行星可能确实是岩石构成的,并且其轨道与主恒星的距离恰到好处,足以维持液态水和大气层,但这并不意味着它们就这一点而言,它们适合居住,或者具有支持地球生命或任何生命的潜力。他们甚至可能不适合进行地球化改造。这是因为,使地球成为生命安全港的条件有很多,而且在地球 45.43 亿年的历史中,这些条件似乎恰好在正确的时间发生。

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让生命在地球上稳定进化的因素——“金发姑娘”因素——包括我们用来指定系外行星是否适合居住的因素:像它们一样,地球轨道与太阳的距离正好允许液态水存在,地球就形成了它的质量和成分如此之大,以至于它变成了一个岩石世界,而不是一个气态巨行星。

然而,除了这些主要特征之外,地球还具有其他大部分特征,而这些特征在很大程度上我们仍然无法在系外行星上检测到。

我们熔化的、主要是铁的核心旋转,在地球周围形成磁层,偏转过多的太阳和宇宙辐射。我们相对较大的单一月球稳定了我们的自转,为我们提供了 24 小时的一天,并产生了科学家认为是进化的重要驱动力的潮汐。

我们有臭氧层,它为生命增加了另一个抵御紫外线的保护屏障。外太阳系有两个气态巨行星,数十亿年来,它们一直吸引着大多数小行星和彗星,早在它们进入内太阳系并可能撞击地球之前。

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我们位于银河系猎户座旋臂的边缘,远离密度更大、拥挤的银河系中心,那里小行星、彗星、恒星碰撞和超新星更为常见。大约 40 亿年前,晚期猛烈轰炸用彗星撞击器撞击了地球,为我们的世界播下了适量的水冰,从而形成了广阔的海洋。

我们的太阳对于恒星来说也相当稳定,幸运的是它不是双星系统的一部分(双星系统可能占所有恒星的 85%!),这肯定会给两颗恒星的引力带来困难以及更多的小行星活动。数十亿年来,地球从大气和化学成分到温度变化都非常一致和稳定。

在所有已发现的系外行星中,地球及其同类只能存在于相当狭窄的可能性范围内。

所有这些金发姑娘因素加在一起,构成了一个数十亿年来一直是可行栖息地的世界。我们富含矿物质的海洋成为名副其实的培养皿,数万亿代的单细胞生命可以在其中混合和进化,直到两种这样的形式融合成共生关系,从而产生第一个多细胞生物。从那时起,生命的多样性就不受控制地绽放。

这种多样性将是地球上的生命在多次大规模灭绝事件中继续生存的原因之一:

白垩纪-古近纪灭绝事件——6500万年前,75%的物种消失

三叠纪-侏罗纪灭绝事件——1.99亿至2.14亿年前,70%的物种消失

二叠纪-三叠纪灭绝事件——2.51亿年前,96%的物种消失

泥盆纪晚期灭绝——3.64亿年前,75%的物种消失

奥陶纪-志留纪灭绝事件——4.39亿年前,86%的物种消失

具有讽刺意味的是,最早的两次大灭绝可能是由地球进化的力量直接造成的。许多科学家认为,在这两种情况下,植物的过度生长首先导致大气中过多的二氧化碳消失,并产生反向温室效应,而第二次则是藻类大量繁殖,导致海洋资源枯竭。氧气。

最近的 3 次大规模灭绝似乎是由超级火山喷发和两次大规模小行星撞击造成的。

大多数古生物学家普遍认为,目前正在发生第六次大规模灭绝:“全新世灭绝事件”。人们认为,这次灭绝始于最后一个冰河时代末期(大约 12,000 年前),并随着农业、大型人类文明和工业革命的兴起而大大加速。数据表明,至少 7% 的全新世物种已经因人类与世界的相互作用而直接灭绝。当然,物种自然产生和灭绝,这被称为灭绝的背景率。科学家认为,人类导致物种灭绝的发生率可能高达背景率的 500 至 1000 倍。

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扭转这一趋势需要成为当务之急——作为地球上最聪明的物种,我们应该将自己视为数十亿年遗产的守护者。我们不应该、也不应该让地球因为我们固有的驱动力而变成一块贫瘠的岩石,而这种驱动力往往弊大于利。我们比那更聪明。但即使最近的大规模灭绝事件如滚雪球般越滚越大,变得无法修复,地球上的生命很可能会继续繁衍生息,无论是在冰层下还是在海洋最深处。我们需要记住,在任何大灭绝中,首先灭绝的总是食物链顶端的生物。

如果(当)地球确实变得不适合我们人类居住时,我们应该有能力寻找并到达可能成为新家园的系外行星。希望到那时我们会变得更加明智。