地球和金星

盡管金星和地球是所謂的姐妹行星，但它們就像天堂和地獄一樣不同。地球是一個自然天堂，盡管多次大滅絕，生命仍在蔚藍的天空下頑強地生存著。另一方面，金星是一顆炙熱的行星，它的硫酸雲和大氣壓力足以壓扁一個人。

但姊妹行星不會消失，因爲這兩個世界的質量和半徑都差不多，都是太陽系內的岩石行星，彼此相鄰。爲什麽它們如此不同?這些差異對我們尋找生命有什麽啓示?

國際天文學界認識到，了解行星的可居住性是空間科學和天體生物學的關鍵部分。如果對類地行星和它們的大氣層沒有更深入的了解，不管它們是否適合居住，當我們研究一顆遙遠的系外行星時，我們就不會真正知道我們所看到的是什麽。如果我們發現一顆顯示出生命迹象的系外行星，我們永遠不會去拜訪它，永遠不會近距離研究它，也永遠無法對它的大氣進行采樣。

這就把科學的焦點轉移到了我們太陽系的類地行星上。不是因爲它們看起來適合居住，而是因爲一個完整的類地行星模型如果不包括那些近乎地獄般的行星，就不可能完整，比如姐妹金星。

《自然天文學》雜志最近的一項研究視角研究了這兩顆行星是如何分離的，以及是什麽導致了這種分離。它的標題是“金星作爲行星宜居性的錨點”。

主要作者是Stephen Kane，來自加州大學河濱分校地球與行星科學系。他的合著者是來自聖路易斯華盛頓大學地球、環境和行星科學系的保羅·伯恩。

凱恩和伯恩寫道:“行星科學和天體生物學界的一個主要焦點是了解行星的可居住性，包括控制地球等溫帶表面環境演變和可持續性的無數因素。”

“太陽系內爲數不多的實質性類地行星大氣是研究這些可居住因素的關鍵資源，從中可以構建模型，應用于太陽系外行星。”

該研究中的這張圖展示了地球和金星之間一些主要的、基本的差異。來源:凱恩和伯恩，2024年

從他們的角度來看，我們太陽系的雙胞胎爲我們提供了最好的機會來研究類似的行星如何擁有如此不同的大氣層。我們對這一點了解得越多，我們就越能理解岩石世界是如何隨著時間的推移而演變的，以及不同的條件是如何有利于或限制可居住性的。

地球是個例外。由于其溫和的氣候和地表水，數十億年來它一直適合居住，盡管有一些氣候事件嚴重限制了生命。但當我們觀察火星時，它似乎在一段時間內適合居住，然後失去了大氣層和地表水。火星的情況肯定比地球更普遍。

在我們對系外行星的曆史一無所知的情況下，理解它是一個巨大的挑戰。我們只看到它的氣候和大氣曆史的一個時期。對數千顆系外行星的發現有所幫助。

作者寫道:“數千顆系外行星的發現，以及對類地行星是最常見類型的確認，爲研究行星特性及其總體演化提供了一個統計框架。”

生物化學出現的性質範圍很窄，而這些性質可能不會持久。我們需要確定這些屬性及其參數，並更好地理解宜居性。從這個角度來看，金星是一個信息的寶庫。

但金星是個挑戰。除了雷達，我們無法透過濃密的雲層看到東西，而且自20世紀80年代蘇聯以來，沒有人嘗試過在那裏著陸航天器。大多數的嘗試都失敗了，那些幸存下來的也沒能堅持多久。如果沒有更好的數據，我們就無法了解金星的曆史。簡單的答案是它離太陽更近。但這太簡單了，沒有什麽用。

凱恩和伯恩解釋說:“金星進化到目前失控的溫室狀態的途徑是一個有爭議的問題，傳統上認爲這是因爲它離太陽更近。”

但是，當科學家們仔細觀察金星和地球時，他們發現除了它們與太陽的距離之外，它們之間還有許多根本的區別。它們有不同的旋轉速率，它們有不同的傾角，它們有不同的磁場，舉幾個例子。這意味著我們無法測量更大的太陽日照對地球的精確影響。

這是作者的主要觀點。地球和金星之間的差異使金星成爲了解岩石系外行星可居住性的重要組成部分。他們寫道:“因此，金星爲我們提供了行星可居住性論述的關鍵錨點，因爲它的進化故事代表了地球敘事的另一條道路——盡管兩個世界的起源大概是相似的。”

作者指出，生命的基本條件是地表水。但更大的問題是，是什麽因素決定了地表水能持續多久。他們寫道:“通過這種方法，對行星可居住性的調查可以集中在允許地表液態水在地質時期持續存在的條件上。”

地球和金星處于岩石行星宜居性光譜的兩端。這是我們可以從太陽系中學到的重要一課。出于這個原因，作者寫道:“了解金星情景的路徑與了解地球特征的可居住性的路徑同樣重要。”

這兩位研究人員列出了一些影響地球和金星宜居性的因素。

這些因素中的大多數都是不言自明的

我們對金星還有很多不了解的地方。它的核心有多大?它曾經有水嗎?一些研究表明，當地球失去水，變得完全適合居住時，它的大氣中有大量的氧氣。如果我們在遙遠的系外行星上看到同樣數量的氧氣，我們可能會把它解釋爲生命的迹象。大錯誤。作者寫道:“因此，金星在解釋明顯富含氧氣的大氣層時起到了警示作用。”

凱恩和伯恩的研究觀點是一種行動呼籲。這反映了最近十年調查的結果。他們寫道:“最近的天文學和天體物理學、行星科學和天體生物學十年調查都強調，有必要提高對行星可居住性的理解，這是天體生物學背景下的一個基本目標。”對于作者來說，金星可以錨定他們的努力。

但要讓它成爲一個錨點，科學家們需要回答很多問題。他們需要更徹底地研究它在各個高度的大氣。他們需要研究它的內部，並確定其核心的性質和大小。至關重要的是，他們需要讓一艘宇宙飛船到達火星表面，近距離研究火星的地質情況。簡而言之，我們需要在金星上做我們在火星上做過的事情。

考慮到金星的惡劣環境，這是具有挑戰性的。但更詳細地探索金星的任務正在准備中。VERITAS, DAVINCI和EnVision都是計劃在2030年代進行的金星任務。這些任務將開始給科學家提供我們需要的答案。

隨著我們對金星的了解越來越多，我們也需要更多地了解外金星。作者寫道:“研究金星內在特性的一個平行方法是對大量(且仍在快速增長的)類地系外行星進行統計分析。”

我們生活在一個發現系外行星的時代。我們已經發現了5000多顆確認的系外行星，而且這個數字還在不斷增長。我們正在發射宇宙飛船，以更徹底地研究最有趣的行星。但在某一時刻，情況會發生變化。我們需要對其中的多少進行分類?一萬個人夠嗎?20000年?100000年?

現在一切都是新的，尋找更多系外行星的熱情，特別是在可居住區域的岩石行星，是可以理解的。但最終，我們會達到某種收益遞減的門檻。爲了理解它們，我們可能更明智地把精力花在研究金星上，以及它是如何進化得如此不同。