科學(xué)探索：金星，從宜居到煉獄

在金星的硫酸云之下，是一個(gè)末日般的世界：表面溫度足以將金屬鉛熔化，壓力足以碾碎重型機(jī)械。但是，這可能并不是金星的原貌。
美國航天航空局戈達(dá)德空間研究所（NASA Goddard Institute for Sp-ace Studies）的邁克爾·韋（Michael Way）曾和同事在2016做過一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，他們首次利用三維氣候模型模擬了早期的金星。模型顯示，這里曾經(jīng)的氣候可能十分溫和，甚至存在液態(tài)水構(gòu)成的廣闊海洋。眾所周知，液態(tài)水是生命形成的關(guān)鍵條件。
如今，韋和同樣就職于戈達(dá)德空間研究所的安東尼·德爾·杰尼奧（Anthony Del Genio）合作，共同提出了一套金星演化框架。這套框架基于一系列更復(fù)雜的模型，整合了多種地形特征，以及不同日照情況的組合。相關(guān)論文發(fā)表于今年5月的《地球物理學(xué)研究雜志：行星》（Journal of Geophysical Research: Planets）雜志。論文給出了一種新的解釋，說明了在演變?yōu)榻裉爝@種極端的“地獄模式”前，金星如何在近30億年的歷史中保持著宜居的環(huán)境。


圖片來源：Pixabay
很多科學(xué)家推測，一開始金星就處于極度干燥的狀態(tài)，從未出現(xiàn)過液態(tài)水。在太陽系剛剛形成時(shí)（大約45億年前），金星已經(jīng)是距離太陽第二近的行星，它所接收的太陽光足以使任何氣態(tài)水都消散在太空中；此外，嚴(yán)重的宇宙輻射也會(huì)阻礙生命的形成，就像早期地球的情況一樣。韋解釋說，如果沒有出現(xiàn)其他因素緩解這些問題，“什么都無法存在”。而他和杰尼奧認(rèn)為，確實(shí)可能存在一個(gè)這樣的因素，這就是一片巨大的云層。這種云層是在行星演化的早期生成的。
與地球不同，金星不是每24小時(shí)自轉(zhuǎn)一周，它繞自軸旋轉(zhuǎn)一周需要243個(gè)地球日，極為漫長。另外，它繞太陽公轉(zhuǎn)的時(shí)間也和自轉(zhuǎn)時(shí)長類似，為225個(gè)地球日。因此，金星的一面長期暴露于陽光下，另一面則處于漫長的黑夜中。厚重的大氣層能輕松地將熱量從日間的一面?zhèn)鞯揭雇淼囊幻妫源司S持星球的溫度。但在韋和杰尼奧的模型中，向陽面出現(xiàn)了一片巨大的云層，它充當(dāng)了陽光的防護(hù)盾，反射了入射的陽光，還將氣溫冷卻到足以生成液態(tài)水的程度。
很多研究人員都考慮過金星一度十分宜居的想法。新發(fā)布的模型雖然也表明金星曾經(jīng)十分宜居，但卻并沒有采用傳統(tǒng)的理論。它還進(jìn)一步展示，金星可能是經(jīng)過一系列的演變，才淪為今天我們所見的熔爐?！按饲瓣P(guān)于金星的一切推斷和想法，包括在天文學(xué)基礎(chǔ)課程上教授的內(nèi)容，以及寫進(jìn)書籍中的內(nèi)容，都有可能是錯(cuò)的。”戴維·格林斯龐（David Grinspoon，并未參與這項(xiàng)研究）評論道。他是行星科學(xué)研究所天體物理學(xué)家，也是2016年發(fā)表的那篇文章的共同作者。
傳統(tǒng)理論認(rèn)為，隨著太陽亮度逐漸增大，金星的表面溫度也越來越高，最終無法維持穩(wěn)定的液態(tài)水海洋。換句話說，太陽系中的第二顆行星逐漸被擠出了宜居帶。而金星本來就處于宜居帶的邊緣位置。宜居帶是一片允許液態(tài)水存在的區(qū)域，當(dāng)然，液態(tài)水的存在也創(chuàng)造了有利于生命演化的條件。在韋和杰尼奧的模型中，金星向陽面覆蓋的云層能為它提供強(qiáng)力的遮擋作用，從而維持金星表面的液態(tài)水。即便放在今天的條件下，這片云也能提供遮擋，維持液態(tài)水。這也就意味著，金星之所以變?yōu)榻裉斓臉幼樱赡芰碛性颉?br>

圖片來源：Pixabay
兩位作者提出了一種看似非常激進(jìn)的機(jī)制。通過對比遠(yuǎn)古地球的情況，我們或許能更好地理解這一機(jī)制。大約在2.5億年前，地球上的地殼出現(xiàn)了很深的裂痕，地下的巖漿涌出地表并向大氣釋放了大量二氧化碳?xì)怏w。96%的海洋生物以及70%的陸生生物死于這次史上最大規(guī)模的滅絕事件?；鹕绞录z留的痕跡則被稱為大火成巖省。在隨后100萬年的時(shí)間里，火山爆發(fā)吐出了至少10萬立方千米的熔巖?！熬蛦挝粫r(shí)間內(nèi)吐出的熔巖總量而言，這一事件簡直像是對造物主的挑釁?！北Ａ_·伯恩（Paul Byrne，并未參與這項(xiàng)研究）說，他是美國北卡羅來納州立大學(xué)的行星地質(zhì)學(xué)家。
盡管這種類型的噴發(fā)事件不止出現(xiàn)過一次，也造成了數(shù)次大型滅絕事件，但好在并沒有多個(gè)噴發(fā)事件同時(shí)發(fā)生的情況。韋說：“這對地球上的生命而言，真是萬幸。”不過，科學(xué)家認(rèn)為多場巨型火山噴發(fā)事件沒理由不能同時(shí)發(fā)生。如果這件事發(fā)生在金星上，釋放出的二氧化碳將把這顆星球變?yōu)檠籽椎鬲z。
這種假設(shè)充滿了吸引力?！耙粋€(gè)和我們?nèi)绱祟愃频氖澜?，居然是以如此具有浪漫主義的悲劇色彩毀滅的，”伯恩說，“我非常希望這種假設(shè)是真的，如果有一天我們能前往金星，就能搜尋金星上的地層，并在原本屬于淺海環(huán)境的生態(tài)系統(tǒng)中找到化石證據(jù)?！比欢?，目前并沒有任何證據(jù)支撐這種理論。
論文的兩位作者認(rèn)為，正是如此大規(guī)模的火山持續(xù)噴發(fā)，才使金星表面覆蓋了大量火山巖，變成如今的模樣。但美國明尼蘇達(dá)大學(xué)德盧斯分校的地質(zhì)學(xué)家薇琪·漢森（Vicki Hansen，并未參與這項(xiàng)研究）認(rèn)為，“麥哲倫”號(hào)取得的觀測數(shù)據(jù)并不支持這種理論，金星面貌的重塑應(yīng)該不是因?yàn)橐粓鎏鞛?zāi)。漢森說：“數(shù)據(jù)和上述理論無法契合。我們可以識(shí)別出金星的演化存在3個(gè)不同的地質(zhì)時(shí)期，如果發(fā)生過毀滅性的地表重塑事件，就不太說得通，因?yàn)檫@會(huì)抹掉以前所有的歷史記錄?！?br> 顯然，這個(gè)問題充滿了爭議。事實(shí)上，許多科學(xué)家認(rèn)為，金星從來都不適宜生物生存?！爸钡教剿鹘鹦堑娘w船返航前，我們都可以用模型來做研究。但僅僅靠模擬結(jié)果并不能論證什么，”漢森說，“我們必須對模型的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證?！?br> 伯恩認(rèn)為，應(yīng)該向金星發(fā)送一支艦隊(duì)，其中包括軌道飛行器、登陸器、氣球、高空平臺(tái)，甚至飛艇。因?yàn)榻鹦堑拇髿鈱佑锌赡芨嬖V我們，金星表面曾經(jīng)丟失了多少水；探索金星表面則能進(jìn)一步確定是否存在大量擊穿地表的火山噴發(fā)事件，如果有，又是在什么時(shí)間發(fā)生的。當(dāng)然，未來的任務(wù)有助于平息關(guān)于金星是否曾經(jīng)宜居的爭論，同時(shí)推動(dòng)天文學(xué)家擴(kuò)展其搜尋銀河系內(nèi)宜居行星的研究。
阿德里安·列那迪奇（Adrian Lenardic，并未參與這項(xiàng)研究）是美國萊斯大學(xué)的地球物理學(xué)家，他評論說：“如果這種情景是成立的，則說明類似金星的星球?qū)嶋H上存在孕育生命的潛力，我們在搜尋的過程中不能忽略它們?！?br> 撰文：香農(nóng)·哈爾（Shannon Hall）
翻譯：董子晨曦
文章來源：環(huán)球科學(xué)


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