宇宙災(zāi)難能毀滅地球上的全部生命嗎？

博浪椎 2017-07-25

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　　作者：ED YONG

　　翻譯：戈理

　　審校：山寺小沙彌

　　
如果想要解釋為什么至今在其他星球上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)生命，科學(xué)家需要回答兩個(gè)重要問(wèn)題。第一，宇宙中生命產(chǎn)生的頻率是多少？第二，統(tǒng)計(jì)上來(lái)說(shuō)，一旦生命產(chǎn)生，生命能夠持續(xù)存在多長(zhǎng)時(shí)間而不被毀滅？想要回答第一個(gè)問(wèn)題非常困難，因?yàn)槟壳拔覀冎话l(fā)現(xiàn)一個(gè)有生命存在的星球——地球。但是第二個(gè)問(wèn)題似乎更容易得到答案，至少對(duì)于地球而言。有三位天體物理學(xué)家試圖回答這個(gè)問(wèn)題，他們計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，即使是巨大的隕石撞擊地球或者是超新星爆發(fā)可能都沒(méi)法毀滅地球上的全部生命。

　　一位少女在欣賞約翰馬丁的名畫(huà)《龐貝古城和赫庫(kù)蘭尼姆的毀滅》攝影：安德魯溫寧

　　牛津大學(xué)的斯隆、巴蒂斯塔和哈佛大學(xué)的羅布在《論生命在天體物理事件后的恢復(fù)力》中估計(jì)了毀滅全部地球生命的天體物理事件的幾率，比如巨大的小行星撞擊地球從而毀滅地球上全部生命。讓人感到欣慰的是，這種幾率極其微?。哼@種事件在十億年間發(fā)生一次的幾率大約只有一千萬(wàn)分之一。斯隆感慨道：“我們得到的結(jié)論是，一旦生命在宇宙中的某個(gè)角落誕生了，幾乎不太可能被根除?！睋Q句話說(shuō)，即使面對(duì)著小行星碰撞或者超新星爆炸的威脅，生命也有很大可能延續(xù)下去。值得注意的是，三個(gè)天體物理學(xué)家研究的并不是人類(lèi)的命運(yùn)，在天體物理學(xué)家斯隆眼中，人類(lèi)不過(guò)是一個(gè)脆弱的物種，極端的天氣現(xiàn)象甚至政治軍事沖突都有可能毀滅全人類(lèi)。相反，這三位天體物理學(xué)家關(guān)心的是有什么可以毀滅地球上全部生命，為了研究這個(gè)問(wèn)題，他們關(guān)注的是地球上最堅(jiān)強(qiáng)的動(dòng)物——水熊蟲(chóng)。

　　水熊蟲(chóng)是緩步動(dòng)物門(mén)生物的俗稱(chēng)，它的身體極其微小，有八條腿，最小的水熊蟲(chóng)體長(zhǎng)只有50微米，生存在水中。別看它們緩慢的腳步，皺皺的嘴和圓滾滾的身體，水熊蟲(chóng)有著對(duì)于極端環(huán)境超強(qiáng)的抵抗力。在西方文化中，它們甚至是頑強(qiáng)抵抗的象征。在極端環(huán)境下，它們可以排出自身全部的水分，進(jìn)入到一種休眠狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，它們不需要食物和水分。它們可以在接近絕對(duì)零度（零下273攝氏度）的低溫環(huán)境或者一百五十一攝氏度的高溫環(huán)境中忍受幾分鐘而安然無(wú)恙。除此之外，它們還能忍受海底的超大壓強(qiáng)，殺死其他全部動(dòng)物的輻射劑量或者極端有毒的環(huán)境。至今為止，它們還是唯一已知的暴露在太空中還能生存的生物?？偠灾?，你要想知道有什么天體物理事件能夠毀滅地球上的全部生命，你需要知道有什么能夠殺死水熊蟲(chóng)。（非常諷刺的是，一個(gè)手指頭就能殺死水熊蟲(chóng)。因?yàn)樗芟x(chóng)對(duì)于物理傷害非常敏感，也就是說(shuō)你很容易就能用手指碾碎它們。然而，在水熊蟲(chóng)生存的環(huán)境中，類(lèi)似手指碾壓這種物理傷害是非常少見(jiàn)的。）

　　水熊蟲(chóng) 圖片來(lái)源：Schokraie, PLOSONE

　　三位天體物理學(xué)家斯隆、巴蒂斯塔和羅布考慮了三種可能的天體物理災(zāi)害：小行星碰撞（就像是毀滅大部分恐龍的那種碰撞），附近恒星的超新星爆發(fā)和高能伽馬射線暴。

　　至少在太陽(yáng)的壽命內(nèi)，水熊蟲(chóng)是很有可能存活

　　在小行星碰撞的情況下，顯然小行星會(huì)對(duì)所有直接被砸中的生物造成致命的物理傷害，除此之外，碰撞還會(huì)掀起昏天暗地的煙塵，這些煙塵會(huì)阻擋住太陽(yáng)光，從而造成全球性的寒冰期。超新星爆發(fā)和高能伽瑪射線暴對(duì)于地球生命的損害非常相似：對(duì)全球生物進(jìn)行大劑量輻射照射。這種輻射會(huì)毀壞臭氧層，從而使地球暴露于更多的輻射中。輻射還會(huì)將空氣中的氮?dú)夂脱鯕廪D(zhuǎn)化成一氧化二氮，形成酸雨或者光化學(xué)煙霧。無(wú)論這三種天體物理災(zāi)害中的哪一種發(fā)生，對(duì)人類(lèi)無(wú)疑都是一個(gè)糟糕的結(jié)果。但是它們對(duì)于地下或者深海中的生物而言并非那么嚴(yán)重，因?yàn)橥恋睾秃Ｑ缶拖袷且粋€(gè)保護(hù)罩一樣保護(hù)著它們。它們已經(jīng)能夠在缺少陽(yáng)光的環(huán)境中生存，所以陽(yáng)光被遮擋對(duì)它們并無(wú)太大影響。海洋的酸化和高能輻射都難以殺死水熊蟲(chóng)，因?yàn)楹窈竦暮Ｑ髮涌梢韵♂屗嵊昊蛘咦韪舾吣茌椛?。三位天體物理學(xué)家計(jì)算了能夠殺死大洋底層的水熊蟲(chóng)的輻射量，而這輻射量足以將整個(gè)大洋都蒸發(fā)，所以這三位科學(xué)家接著計(jì)算有什么宇宙災(zāi)害能夠產(chǎn)生足夠能量，以至于可以將整個(gè)海洋的水加熱到一百攝氏度。一顆重量大于1.7千萬(wàn)億噸（十的十五次方噸）的小行星才能產(chǎn)生這么多能量，這大約是滅絕恐龍的那顆小行星的10到1000倍。在太陽(yáng)系中，目前只發(fā)現(xiàn)了十九顆小行星有這么大，除此之外還有幾顆矮行星比這個(gè)大，比如冥王星，但是這些星體的軌道都不與地球軌道有任何交集。三位科學(xué)家還計(jì)算了來(lái)自太陽(yáng)系外的小行星擊中地球的可能性，十億年內(nèi)發(fā)生一次碰撞的概率大約為十萬(wàn)分之一。超新星爆發(fā)和高能伽馬暴產(chǎn)生的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于將海洋沸騰的能量，但這能量隨著距離的平方很快衰減。要產(chǎn)生殺死水熊蟲(chóng)的輻射，恒星必須在距地球0.13光年內(nèi)發(fā)生超新星爆發(fā)，而離地球最近的恒星——比鄰星（三體人的母星），離地球也有4.25光年，況且比鄰星的質(zhì)量太小了以至于無(wú)法演化成超新星。如果小質(zhì)量的比鄰星爆發(fā)了，那么它產(chǎn)生的能量大約能使地球的海洋溫度上漲0.1攝氏度。

　　比鄰星b，比鄰星周?chē)活w位于宜居帶內(nèi)的行星，距離地球4.22光年

　　圖片來(lái)源：百度百科

　　“如果星系的某個(gè)地方出現(xiàn)了生命，我們有很大概率認(rèn)為生命依然存在在那個(gè)地方。”

　　以上的所有計(jì)算都是基于地球的數(shù)據(jù)，但是并不是只有地球這顆行星處于這么安全的位置。巴蒂斯塔完成了一個(gè)基于銀河系恒星密度分布的仿真：越靠近銀河系的中心，恒星密度也就越大。即使是在銀河系的中心，也只有百分之一的行星（這個(gè)范圍被稱(chēng)之為“死亡區(qū)域”）會(huì)被超新星爆發(fā)的能量毀滅全部生命。高能伽馬射線滅絕生命的可能性就更小了，根據(jù)高能伽馬暴發(fā)生的頻率，每十億年發(fā)生一次毀滅全部生命的幾率大約為一百億分之一（這些數(shù)據(jù)都是考慮殺死水熊蟲(chóng)的劑量）。不過(guò)考慮滅絕像人類(lèi)這樣的大型智慧生物的“死亡區(qū)域”會(huì)大得多。

　　無(wú)論如何，在太陽(yáng)“熄滅”之前，太陽(yáng)將會(huì)膨脹，將地球包裹在地獄般的火海之中，太陽(yáng)的終結(jié)當(dāng)然是地球生命的終結(jié)，不過(guò)在此之前，恐怕宇宙災(zāi)難難以將地球上的生命完全毀滅，至少在太陽(yáng)的壽命內(nèi)，水熊蟲(chóng)是很有可能存活的。如果水熊蟲(chóng)能夠存活，可能還有很多微生物可以存活，而這些都是生命的種子，畢竟從三葉蟲(chóng)到人類(lèi)也不過(guò)幾億年而已。在歷史上，地球至少經(jīng)歷了五次大滅絕，每次滅絕中地球上的大部分物種都永遠(yuǎn)地消失了，但是總有一些物種在大滅絕中幸存下來(lái)，即使是更為嚴(yán)重的災(zāi)害，在休眠狀態(tài)下的某些生物還是能夠安然度過(guò)。

　　西南研究中心的查普曼對(duì)他們的研究總結(jié)道：“即使出現(xiàn)人類(lèi)這樣的智慧文明是非常小的幾率，可以確認(rèn)的是，在數(shù)十億年之后，地球上仍有生命存在?！八赋鲈谶^(guò)去太陽(yáng)系可能與現(xiàn)在完全不同，如果過(guò)去太陽(yáng)系中的天體比現(xiàn)在的天體更大的話，可能更容易使地球上的生命滅絕。比如說(shuō)地球在早期可能就被一個(gè)火星大小的星體擊中，而這次撞擊產(chǎn)生了月球。除此之外，查普曼指出，我們無(wú)法知道生命在其他星球的演化是不是與生命在地球上的演化相似。在宇宙中的極端環(huán)境中會(huì)不會(huì)孕育出能忍受極端環(huán)境的“類(lèi)水熊蟲(chóng)”生物呢？會(huì)不會(huì)有一些生命在深海之類(lèi)的保護(hù)層下健康生長(zhǎng)呢？查普曼認(rèn)為對(duì)于這些太陽(yáng)系外生命演化的研究更多是猜測(cè)性的。

　　斯隆承認(rèn)他的研究過(guò)程中使用了很多假設(shè)，但是當(dāng)科學(xué)家試圖解決太陽(yáng)系外生命的問(wèn)題時(shí)，他們不得不使用地球的數(shù)據(jù)作為出發(fā)點(diǎn)。研究之后的斯隆對(duì)于尋找地外生命也更加樂(lè)觀了。在過(guò)去的幾十年里，天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾千顆太陽(yáng)系外行星，其中部分行星與地球大小相似，而且同樣處于宜居帶中，宜居帶中的行星能得到生命需要的足夠熱量，但溫度又不至于太高。它們中間是否有生命存在，甚至連我們的鄰居火星是否有生命存在現(xiàn)在都無(wú)定論。但是斯隆堅(jiān)信，如果星系的某個(gè)地方出現(xiàn)了生命，我們有很大概率認(rèn)為生命依然存在在那個(gè)地方。

　　原文鏈接：

　　https://www./science/archive/2017/07/what-would-it-take-to-completely-sterilize-the-earth/533613/

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來(lái)自：博浪椎 > 《科普探索》

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