地球將告別宜居帶？

王家驥

大氣層營造宜居環境

任何一顆有生命的行星都必須位于恒星周圍一條狹窄的帶狀區域之內，這個帶狀區域被稱為“宜居帶”。在一個行星系統中，宜居帶邊界的確切位置取決于恒星的質量和年齡，這兩個因素決定了恒星會輻射出多少光和熱。

地球無疑是太陽系中最適宜居住的星球，對人類來說就是“完美世界”。但是，僅僅依據地球在太陽系內的位置來推算，地球表面的平均溫度應該在冰點以下。而拯救地球的則是它的大氣層，大氣層里含有一定數量的二氧化碳和水蒸氣，能夠起到保持熱量的作用。這樣的大氣層被看作是一種伴隨著石質行星形成的通常應該發生的結果。然而，如果大氣層太厚或太薄，或者化學成分有所不同，那么地球可能會立即變得不像現在這樣適合生物生存。

我們的鄰居金星就是一個例子。金星在一開始的時候似乎是宜居的，它具有與地球相類似的海洋和大氣。可是，它距離太陽太近，很快這一塊福地就變成了一座烤爐。大洋中的水開始沸騰，成為水蒸氣，進入到大氣層中，而水的保暖性使得溫度進一步升高。結果，在它的外殼巖層中的二氧化碳全被烘烤了出來，進入大氣中，導致溫室效應失控，毀滅了這顆行星上剛產生的原生物。今天，在幾乎完全由二氧化碳組成的大氣層的籠罩下，金星的表面溫度大約是460℃，甚至比錫、鉛和鋅的熔點還要高。

人類將面臨生存挑戰

令人遺憾的是，人類正在不斷破壞著保護我們的大氣層。最新的研究給我們帶來了一個壞消息，地球可能已經徘徊在太陽系宜居帶的邊緣，人類將面臨空前的生存挑戰。

1993年，美國賓夕法尼亞州立大學的地學家詹姆斯·卡斯汀決定要更精確地確定宜居帶的邊界位置。他和同事研究了落在一顆理想化的地球上的陽光強度和波長的變化是怎樣影響地球的大氣和表面溫度的。結果發現，如果地球從現在距離太陽1天文單位（在天文學中把目前的日地平均距離稱為天文單位距離）的地方向內移動到0.95天文單位的位置，陽光強度會提高10%，導致地表溫度上升，使水蒸發升騰到大氣中，并經過大氣層耗散到外層空間。在幾千萬年到幾億年的時間里，這樣一種“潮濕溫室效應”將會完全耗干地球上的水，當然一切生物都將滅絕。

卡斯汀還發現，宜居帶的外邊界位于距離太陽大約1.67天文單位的地方，略微超過了火星的軌道。在這一位置的溫度已下降到足以造成永久的全球性冰凍。因此，地球并非位于宜居帶的中央，而是明顯偏向它的內邊緣。卡斯汀根據研究結果，勾勒出不同大小和光度的各種各樣恒星周圍宜居帶的內、外邊界。

2013年初，美國賓夕法尼亞州立大學的研究人員拉維·考帕拉普與卡斯汀一起，對上述計算結果進行了改進。根據新的計算結果，太陽系宜居帶的內邊界從0.95天文單位向外移到了0.99天文單位的地方。換句話說，地球距離太陽只要再靠近1%，或是宜居帶再向外移動0.01天文單位就會產生“潮濕溫室效應”。

一起捍衛宜居的地球

對于保持地球的宜居性而言，最大的不確定因素是人類自身。目前，大氣中的二氧化碳含量已經從工業革命前的百萬分之二十八，上升到了百萬分之四百以上。聯合國政府氣候變化專門委員會在2007年發布的報告中指出，二氧化碳增加可能導致全球氣溫上升3℃。

與金星的命運相比，這聽起來無關緊要。但是，如果人們不遏制二氧化碳排放，使溫度繼續上升，地球將面臨和把地球的軌道向內側移動了1%一樣的結局——移出宜居帶，最終步金星的后塵。

當然，也有很多研究認為，這樣的情況幾乎不可能出現。他們認為，即使我們燒掉了地球上能夠開采出來的大多數化石燃料，也只是令大氣中的二氧化碳增長8～16倍，最壞的結果也不過是出現“適度的潮濕溫室效應”。

不過，加拿大地球化學家科林·戈爾德布拉特研究發現，如果地球今天的大氣進入了一種非常熱且潮濕的溫室狀態，那么超量的水蒸氣將會吸收更多的紅外線。這可能會減少云層和冰層的覆蓋，進一步增加熱量的吸收，仍有可能觸發“失控的溫室效應”。

那么，地球的宜居環境到底能夠維持多久呢？各種各樣的研究不能減少我們的憂慮，但是每個人的實際行動會讓那一天晚一點到來。