從“黯淡橙點”到“黯淡藍點”，生命曾有多少跨越？
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當(dāng)霧霾在太古宙時期的地球上堆積，這顆年輕的行星看起來就像一個“黯淡橙點”。NASA戈達德空間飛行中心 / Francis Reddy
大氣層中的霧霾在行星環(huán)境宜居性中可能扮演著非常重要的角色，但多重要？科學(xué)家對此仍是迷茫的。為了解開這個謎，一個科研團隊開始把目光投向了我們自己的行星——地球。嚴(yán)格地講，是太古宙時期的地球。
那時地球的大氣層和今天截然不同，只含有少量的氧。甲烷、氨和其它有機化合物的成份卻很高。地質(zhì)學(xué)證據(jù)顯示，太古宙時期地球大氣層中曾經(jīng)斷斷續(xù)續(xù)地出現(xiàn)過霧霾，但學(xué)者們不知道為什么。這個科研小組相信，更好地認(rèn)識那時地球大氣中的霧霾形成機制，對于我們研究某些同樣被霧霾籠罩著的類地系外行星是有幫助的。
該項目的領(lǐng)導(dǎo)者，NASA戈達德空間飛行中心、天體生物研究所虛擬行星實驗室的Giada Arney說，“地質(zhì)化學(xué)數(shù)據(jù)顯示，太古宙時期的地球更像一個外星球?！?/font>
在最理想的情況下，行星大氣中由富碳或有機物質(zhì)混合而成的霧霾能夠通過化學(xué)反應(yīng)把分子轉(zhuǎn)化為生命分子的前身。與此同時，霧霾也可以過濾掉許多可以分解DNA的有害紫外線。
而在最不理想的情況下，霧霾會因過于濃厚而使得光線極難穿透。在這種情況下，行星表面的溫度可能會非常低甚至于完全凍結(jié)。假如太古宙時期的地球出現(xiàn)了這樣濃厚的霧霾，那么它會導(dǎo)致非常嚴(yán)重的后果。因為四十億年前的太陽比今天要昏暗，其亮度可能只有今天的80%。
Arney等人利用計算機，模擬了太古宙時期霧霾對地球表面溫度的影響，以及溫度對大氣化學(xué)成份的反作用。
模擬顯示霧霾越濃，能夠穿越霧霾的陽光就越少，這樣就會抑制許多會導(dǎo)致霧霾變得更加濃厚的光化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。形成霧霾的化學(xué)鏈條因此被切斷，行星也就避免了因霧霾過濃而永久封凍的危險。
科研小組稱這樣的霧霾為自限性霧霾，他們認(rèn)為太古宙時期的地球就是一例。研究結(jié)果顯示，自限性霧霾的存在僅使太古宙時期的地球溫度下降了大約2攝氏度，遠遠不足以讓地球完全封凍。
“模型顯示，一個圍繞著年輕太陽的行星，如果它和太古宙時期的地球相似，那么它的表面溫度可能是冷的。但這種冷是有限的，決不會像今天的火星那樣?！备赀_德空間飛行中心的科學(xué)家Shawn Domagal-Goldman這樣說。
而這樣一個行星無疑可以被列入宜居之列，只要它表面有液態(tài)水，即便它的全球平均溫度低于冰點。
假如這樣一顆行星圍繞的恒星和太陽不同，情況又會怎樣？
進一步的模擬顯示，“宿主恒星對行星表面霧霾產(chǎn)生的概率起著關(guān)鍵作用，而霧霾也會對行星的宜居性產(chǎn)生不同的沖擊?！比A盛頓大學(xué)的Victoria Meadows說。
看起來，太古宙時期的地球生活很甜蜜，而霧霾就是它的遮陽篷。假如那時的太陽和今天一樣熱，那么霧霾粒子也會變得更大——這正是溫度對化學(xué)過程的反作用——與此同時它的產(chǎn)生也會變得更有效率，仍然會為地球提供部分防護。
但情況并不總是這樣。部分恒星會產(chǎn)生過多的紫外輻射，導(dǎo)致行星上無法產(chǎn)生霧霾。霧霾也無法保證所有類型恒星周圍的行星都能被冷卻?；璋档腗級矮星產(chǎn)生的能量波段能夠穿越這些霧霾；在模擬中，這些行星因霧霾而變冷的程度很小，它們從霧霾中受惠的是它的紫外線防護作用，這能防止它們的溫度發(fā)生大幅下跌。
如果恒星合適，行星大氣中又存在霧霾，那么我們可以對這樣的優(yōu)質(zhì)候選者多加研究。計算機模擬結(jié)果顯示，在未來太空望遠鏡的部分設(shè)備眼中，行星霧霾的特征信號可能要比某些氣體如甲烷強。
Arney說，“對于我們收窄某顆系外行星的宜居性而言，霧霾可能會非常有幫助。”
這些研究成果發(fā)表在2017年2月8日的《天體物理學(xué)期刊》上。
