宇宙災難能毀滅地球上的全部生命嗎？

作者：ED YONG

翻譯：戈理

審校：山寺小沙彌

如果想要解釋為什麼至今在其他星球上沒有發現生命，科學家需要回答兩個重要問題。第一，宇宙中生命產生的頻率是多少？第二，統計上來說，一旦生命產生，生命能夠持續存在多長時間而不被毀滅？想要回答第一個問題非常困難，因為目前我們只發現一個有生命存在的星球——地球。但是第二個問題似乎更容易得到答案，至少對於地球而言。有三位天體物理學家試圖回答這個問題，他們計算後發現，即使是巨大的隕石撞擊地球或者是超新星爆發可能都沒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《龐貝古城和赫庫蘭尼姆的毀滅》 攝影：安德魯溫寧

牛津大學的斯隆、巴蒂斯塔和哈佛大學的羅布在《論生命在天體物理事件後的恢復力》中估計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，這種幾率極其微小：這種事件在十億年間發生一次的幾率大約只有一千萬分之一。斯隆感慨道：「我們得到的結論是，一旦生命在宇宙中的某個角落誕生了，幾乎不太可能被根除。」換句話說，即使面對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下去。值得注意的是，三個天體物理學家研究的並不是人類的命運，在天體物理學家斯隆眼中，人類不過是一個脆弱的物種，極端的天氣現象甚至政治軍事衝突都有可能毀滅全人類。相反，這三位天體物理學家關心的是有什麼可以毀滅地球上全部生命，為了研究這個問題，他們關注的是地球上最堅強的動物——水熊蟲。

水熊蟲是緩步動物門生物的俗稱，它的身體極其微小，有八條腿，最小的水熊蟲體長只有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，水熊蟲有著對於極端環境超強的抵抗力。在西方文化中，它們甚至是頑強抵抗的象徵。在極端環境下，它們可以排出自身全部的水分，進入到一種休眠狀態。在這種狀態下，它們不需要食物和水分。它們可以在接近絕對零度（零下273攝氏度）的低溫環境或者一百五十一攝氏度的高溫環境中忍受幾分鐘而安然無恙。除此之外，它們還能忍受海底的超大壓強，殺死其他全部動物的輻射劑量或者極端有毒的環境。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。總而言之，你要想知道有什麼天體物理事件能夠毀滅地球上的全部生命，你需要知道有什麼能夠殺死水熊蟲。（非常諷刺的是，一個手指頭就能殺死水熊蟲。因為水熊蟲對於物理傷害非常敏感，也就是說你很容易就能用手指碾碎它們。然而，在水熊蟲生存的環境中，類似手指碾壓這種物理傷害是非常少見的。）

水熊蟲

圖片來源：Schokraie, PLOSONE

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

至少在太陽的壽命內，水熊蟲是很有可能存活

在小行星碰撞的情況下，顯然小行星會對所有直接被砸中的生物造成致命的物理傷害，除此之外，碰撞還會掀起昏天暗地的煙塵，這些煙塵會阻擋住太陽光，從而造成全球性的寒冰期。超新星爆發和高能伽瑪射線暴對於地球生命的損害非常相似：對全球生物進行大劑量輻射照射。這種輻射會毀壞臭氧層，從而使地球暴露於更多的輻射中。輻射還會將空氣中的氮氣和氧氣轉化成一氧化二氮，形成酸雨或者光化學煙霧。無論這三種天體物理災害中的哪一種發生，對人類無疑都是一個糟糕的結果。但是它們對於地下或者深海中的生物而言並非那麼嚴重，因為土地和海洋就像是一個保護罩一樣保護著它們。它們已經能夠在缺少陽光的環境中生存，所以陽光被遮擋對它們並無太大影響。海洋的酸化和高能輻射都難以殺死水熊蟲，因為厚厚的海洋層可以稀釋酸雨或者阻隔高能輻射。三位天體物理學家計算了能夠殺死大洋底層的水熊蟲的輻射量，而這輻射量足以將整個大洋都蒸發，所以這三位科學家接著計算有什麼宇宙災害能夠產生足夠能量，以至於可以將整個海洋的水加熱到一百攝氏度。一顆重量大於1.7千萬億噸（十的十五次方噸）的小行星才能產生這麼多能量，這大約是滅絕恐龍的那顆小行星的10到1000倍。在太陽系中，目前只發現了十九顆小行星有這麼大，除此之外還有幾顆矮行星比這個大，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。三位科學家還計算了來自太陽系外的小行星擊中地球的可能性，十億年內發生一次碰撞的概率大約為十萬分之一。超新星爆發和高能伽馬暴產生的能量遠遠大於將海洋沸騰的能量，但這能量隨著距離的平方很快衰減。要產生殺死水熊蟲的輻射，恆星必須在距地球0.13光年內發生超新星爆發，而離地球最近的恆星——比鄰星（三體人的母星），離地球也有4.25光年，況且比鄰星的質量太小了以至於無法演化成超新星。如果小質量的比鄰星爆發了，那麼它產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， 比鄰星周圍一顆位於宜居帶內的行星，距離地球4.22光年

圖片來源：百度百科

「如果星系的某個地方出現了生命，我們有很大概率認為生命依然存在在那個地方。」

以上的所有計算都是基於地球的數據，但是並不是只有地球這顆行星處於這麼安全的位置。巴蒂斯塔完成了一個基於銀河系恆星密度分布的模擬：越靠近銀河系的中心，恆星密度也就越大。即使是在銀河系的中心，也只有百分之一的行星（這個範圍被稱之為「死亡區域」）會被超新星爆發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，根據高能伽馬暴發生的頻率，每十億年發生一次毀滅全部生命的幾率大約為一百億分之一（這些數據都是考慮殺死水熊蟲的劑量）。不過考慮滅絕像人類這樣的大型智慧生物的「死亡區域」會大得多。

無論如何，在太陽「熄滅」之前，太陽將會膨脹，將地球包裹在地獄般的火海之中，太陽的終結當然是地球生命的終結，不過在此之前，恐怕宇宙災難難以將地球上的生命完全毀滅，至少在太陽的壽命內，水熊蟲是很有可能存活的。如果水熊蟲能夠存活，可能還有很多微生物可以存活，而這些都是生命的種子，畢竟從三葉蟲到人類也不過幾億年而已。在歷史上，地球至少經歷了五次大滅絕，每次滅絕中地球上的大部分物種都永遠地消失了，但是總有一些物種在大滅絕中倖存下來，即使是更為嚴重的災害，在休眠狀態下的某些生物還是能夠安然度過。

西南研究中心的查普曼對他們的研究總結道：「即使出現人類這樣的智慧文明是非常小的幾率，可以確認的是，在數十億年之後，地球上仍有生命存在。「他指出在過去太陽系可能與現在完全不同，如果過去太陽系中的天體比現在的天體更大的話，可能更容易使地球上的生命滅絕。比如說地球在早期可能就被一個火星大小的星體擊中，而這次撞擊產生了月球。除此之外，查普曼指出，我們無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。在宇宙中的極端環境中會不會孕育出能忍受極端環境的「類水熊蟲」生物呢？會不會有一些生命在深海之類的保護層下健康生長呢？查普曼認為對於這些太陽系外生命演化的研究更多是猜測性的。

斯隆承認他的研究過程中使用了很多假設，但是當科學家試圖解決太陽系外生命的問題時，他們不得不使用地球的數據作為出發點。研究之後的斯隆對於尋找地外生命也更加樂觀了。在過去的幾十年里，天文學家已經發現了幾千顆太陽系外行星，其中部分行星與地球大小相似，而且同樣處於宜居帶中，宜居帶中的行星能得到生命需要的足夠熱量，但溫度又不至於太高。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在都無定論。但是斯隆堅信，如果星系的某個地方出現了生命，我們有很大概率認為生命依然存在在那個地方。

原文鏈接：

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