談地球上存在生命的基本條件

2010年初，萬眾矚目的詹姆斯·卡梅隆開年大片《阿凡達(dá)》席卷全球票房20多億美元。影片敘述的是在未來世界中，人類為獲取潘多拉星球的資源，啟動(dòng)了阿凡達(dá)計(jì)劃，并以人類與納美人(潘多拉星球土著)的DNA混血，培養(yǎng)出身高近3米的“阿凡達(dá)”，以便在潘多拉星球生存及開采礦產(chǎn)。影片中呈現(xiàn)的潘多拉星球美景簡(jiǎn)直無法用語言來形容，高達(dá)900英尺的參天巨樹、星羅棋布飄浮在空中的群山、色彩斑斕充滿奇特植物的茂密雨林、晚上會(huì)發(fā)出光的各種動(dòng)植物……

到底有沒有地外生命?暫且將目光投向太陽系。

太陽系是宇宙中一個(gè)普通的恒星系統(tǒng)，其不同凡響之處在于太陽系中的地球是迄今為止人類所知道的宇宙中惟一存在智慧生命的天體。在已知的1 200多億個(gè)星系中，每個(gè)星系都有數(shù)億至數(shù)千億顆太陽這樣的恒星，恒星的周圍有圍繞其運(yùn)行的行星，共同構(gòu)成了太陽系這樣的恒星系統(tǒng)。這類天體系統(tǒng)中的行星，很可能有一些具有與地球相類似的個(gè)體特征和宇宙環(huán)境。也就是說，在地球之外，高級(jí)生命存在的可能性還是極大的。不過，人類要發(fā)現(xiàn)地外生命，并真正與之交流，目前的科學(xué)技術(shù)水平還難以實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)在暫且不要苦苦思索地外生命存在的可能性，先把目光投向地球，想想她為什么會(huì)有生命的存在呢?

首先，地球上存在生命與其所處的外部環(huán)境有密切關(guān)系，可將之稱為外部條件。安全的行星環(huán)境是外部條件之一。在太陽系，八大行星圍繞太陽的公轉(zhuǎn)有著同向(自西向東)、共面(七大行星的公轉(zhuǎn)軌道與地球黃道面夾角較小)、近圓(公轉(zhuǎn)軌道都是近似正圓的橢圓)的特征。其它眾多的小行星也有此共性。因此，在太陽系這個(gè)大家族里，大小行星各行其道、互不干擾，這種“秩序”使得地球的行星環(huán)境是安全的。穩(wěn)定的太陽光照是外部條件之二。幾十億年來，太陽總是時(shí)時(shí)刻刻地將自己二十二億分之一的太陽輻射灑向地球，穩(wěn)定的光照除了維持地表溫度之外，還有利于綠色植物的光合作用。此外，太陽輻射也是地球上大氣和水運(yùn)動(dòng)的主要?jiǎng)恿Α?/p>

地球上存在生命還有更為關(guān)鍵的自身?xiàng)l件，可將之稱為內(nèi)部條件，科學(xué)家稱為“金鎖鏈條件”。所謂自身?xiàng)l件就是指與地球自身位置、大小、物質(zhì)組成、運(yùn)動(dòng)特征等有關(guān)的條件，明顯有別于其它行星。所謂“金鎖鏈條件”是指一旦缺失就不會(huì)導(dǎo)致生命的出現(xiàn)。溫度、大氣、水是最為關(guān)鍵的三個(gè)“金鎖鏈條件”，都與地球的自身特征密切相關(guān)，三者之間又緊密相聯(lián)。

自身?xiàng)l件之一，地球表面有適宜的溫度。地表平均溫度在15°左右，沒有劇烈的晝夜溫差。適宜的溫度首先得益于適中的日地距離，日地平均距離為1.5億km。地球在太陽系的八大行星中，由里向外是第三顆大行星，距離太陽不近也不遠(yuǎn)。其次，適宜的溫度還得益于地球上濃密的大氣層。白天大氣層通過吸收、散射和反射作用大大地削弱了太陽輻射，使得地表溫度不會(huì)過高;夜間，大氣層通過大氣逆輻射補(bǔ)償了地面熱量的損失，從而使地表溫度不會(huì)過低。地球上較小的晝夜溫差還與地球適中的自轉(zhuǎn)周期有關(guān)。23小時(shí)56分4秒的自轉(zhuǎn)周期，使得地球上的太陽日為24小時(shí)，讓白天不至于過長(zhǎng)，也不至于過短。另外，地球上有約70%的海洋面積，海洋比熱容小，這也是地球上晝夜溫差較小的一個(gè)重要原因。

自身?xiàng)l件之二，地球有適宜的大氣層和大氣成分。地球上存在適宜的大氣層與地球適中的質(zhì)量、體積有關(guān)。適中的質(zhì)量和體積決定了適宜的行星引力，吸引氣體圍繞在地表上空形成較為濃密的大氣層。如果質(zhì)量和體積過小或過大，就不會(huì)形成適宜的大氣層。而引力過小，大氣層會(huì)過薄，甚至沒有。那樣就會(huì)有無數(shù)的流星體墜落在地表，豈能有生命的繁衍?再有，過薄或沒有大氣層使得地球晝夜溫差劇烈，不利于生命的存在。如果地球的質(zhì)量和體積過于龐大，就會(huì)形成數(shù)倍于現(xiàn)在的超濃密大氣層并阻擋陽光到達(dá)地表，同時(shí)，巨大的氣壓會(huì)壓扁一切生命。地球約誕生于46億年前，初生地球的地殼較薄，地球內(nèi)部的溫度很高，火山活動(dòng)頻繁，噴出的許多氣體構(gòu)成了原始大氣。原始大氣的主要成分包含有甲烷、氨、氫氣、氰化氫、硫化氫、一氧化碳、二氧化碳和水蒸汽等，不僅是發(fā)展原始生命的最初原料，而且是生命化學(xué)進(jìn)化的最初舞臺(tái)。

自身?xiàng)l件之三，地球上有液態(tài)水并形成了原始海洋。原始海洋中的水跟原始大氣一樣，是由地球內(nèi)部結(jié)晶水汽化產(chǎn)生的。在火山活動(dòng)中，地球內(nèi)部的結(jié)晶水以蒸汽形態(tài)不斷噴射出來，使大氣中水量逐漸增加。當(dāng)?shù)乇頊囟认陆档?00℃以下時(shí)，出現(xiàn)了液態(tài)水。然后，在地球重力作用下，雨水把存在于大氣中的有機(jī)物降落并匯成原始海洋，成為生命化學(xué)進(jìn)化的中心，孕育地球原始生命的搖籃。

綜上所述，地球上存在生命的內(nèi)外部條件之間有著一定的關(guān)聯(lián)性。溫度、大氣和液態(tài)水這三個(gè)自身?xiàng)l件之間的關(guān)聯(lián)尤為密切。

為了加深對(duì)地球生命存在基本條件的認(rèn)識(shí)，不妨做這些假設(shè)。假如太陽的光照變得不穩(wěn)定，或者太陽突然消失了，地球上會(huì)是怎樣的情形?為什么?假如真有“阿凡達(dá)”歸來，她或者他最有可能來自太陽系其它行星中的哪一顆?為什么?▲