我們為何獨一無二？

久等，大地母親

呃，這回終於想不出了怎麼打岔了……

不過終於寫到我們最熟悉的大地母親啦~寫到這篇，筆者特別興奮，卻也著實有些為難。因為地球就在我們腳下，每個人都太熟悉了，寫到哪裡都覺得難以下筆。我們地球最引人注目的，是其上繁榮生存的生命——我們尚未發現有任何其他地方存在著生命。一大批人苦苦搜尋宇宙的目的，也正是尋找我們的夥伴。我們孤獨嗎？我們為何獨一無二？面對著這樣古老經典的問題，人們始終莫衷一是。下面就對地球的獨特之處[1]窺探一二，也簡單再現一下大家的爭論。

圖1 月球上拍攝的地球照片

（圖片來源：NASA）

閑話休多，看官請看。

太長不看版：

1.到恆星距離合適的行星的表面溫度適中，有存在液態水的可能。這個區域被稱為「宜居帶」。恆星演化過程中一直處在「宜居帶」的地帶稱為「持續宜居帶」。

2.適中的質量和磁場有利於地球保有適宜的大氣。磁場和大氣是保護地表生命不受高能粒子攻擊的保護傘。

3.地球上碳循環的負反饋機制使得氣候相對穩定。

4.月球的存在使地球的自轉與公轉軸交角更為穩定。

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黃金地段

首要的當然是地球的位置——地球離恆星的距離。這直接關係到地球的表面溫度，進而影響到地球表面液態水的存在與否。離恆星太近會太熱，離恆星太遠會太冷，只有不近不遠，處於所謂「宜居帶」（habitable zone）中，地球表面才可能存在液態水。

圖2 不同恆星宜居帶的大致位置

（圖片來源：NASA）

這個區域的位置並非一成不變，因為太陽的光度[2]是隨時間發生變化的。隨著太陽光度的增加，宜居帶也在向外推移。這就要求地球在高等生命演化所需要的數十億年的漫長曆程中始終處於宜居帶里。也就是說它必須處在「持續宜居帶」（continuously habitable zone）之中。不過，關於宜居帶具體位置，卻是存在不少爭議。

這裡還要再次歌頌一下偉大的太陽，它合適的質量為我們提供了生命演化的條件。恆星的質量增加時，它的光度就會增加的更快，能量消耗也更快，壽命就可能更短。如果恆星的質量太大，其壽命就可能太短，還等不到生命演化自己就先掛了。恆星質量太小了也不行，這樣它表面溫度較低，宜居帶離太陽太近，其中的行星就容易被潮汐鎖定。那時，晝夜不再交替，行星也是一面火爐，一面冰窖，不會是生命的溫床了。

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大氣

與前面寫過的水星和金星相比，今天的景象可謂優雅而壯觀。提起承載生命的搖籃，最重要的就是地球的大氣。如果你有幸乘坐視野很好的戰鬥飛機在高空飛行，甚至在未來的某天到近地軌道上去旅行，你便有機會親眼看到我們的大氣層。在最遠處和黑暗的交界處，你可以看到一條細細的藍線——這就是我們賴以生存的地球大氣，它顯得那樣優雅而脆弱。

圖3 地球大氣層——細藍線

（圖片來源：NASA）

這樣適宜我們生存的大氣還要靠地球自身的魅力來留存，也就是它恰到好處的質量。如果質量太小，地球就沒有足夠的引力來吸引大氣，即使曾經擁有，隨著時間的洗刷也會蕩然無存；如果質量太大，又有可能吸附過多的氣體而成為氣態巨行星，這也是不利於高等生命演化的。

圖4 有生物參與的地球碳循環

（詳見註解3）

另外一個嚴峻的問題是，地球氣候如何能夠穩定地保持相當長的時間，以持續為高等生命的演化提供良好條件呢？高中生物學習人體內穩態的時候，我們曾接觸過一種十分重要的維穩機制——負反饋。地球的氣候調節中正好存在著負反饋機制。大氣中的二氧化碳可以被雨水帶入土壤和岩石，又可以通過火山活動重新回到大氣中——這被稱為「無機碳循環」[3]，它具有穩定氣候的作用。當氣溫過低時，液態水凝結成冰，雨水大量減少，隨雨水進入土壤和岩石的二氧化碳也隨之減少；火山活動卻正常進行，這使得大氣中的二氧化碳由穩定轉向增多。二氧化碳含量升高時，就會使溫室效應更顯著，進而使氣溫升高。氣溫回升的結果是，冰融化、雨水增多，由大氣進入土壤的二氧化碳隨之增多，溫室效應減弱，氣溫降低。這正是一種典型的負反饋機制，地球氣候因此得以長期穩定。

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磁場

在高緯度地區，我們有時可以看到動人的極光。這也是地球對我們的保護作用的體現。前面的文章中提到，太陽每天都在向外拋射大量的高能粒子。由於磁場的作用，這些粒子發生偏轉，在兩極地區與大氣中的分子作用，使它們電離，這就是極光的成因。磁場能對太陽風和宇宙射線中的帶電粒子產生阻擋作用， 從而一方面防止它們危害行星表面的生命，另一方面則阻止它們吹散行星的大氣層。因此一些天文學家認為，磁場也是高等生命出現的必要條件之一。

圖5 極光（圖片來源：NASA）

另外一些人則持相反意見。磁場只能阻擋能量較低的帶電粒子，對能量更高、危害性更強的粒子卻是束手無策。這些高能粒子沒有對地球上的生物造成嚴重危害的原因是，它們在進入大氣層後就跟氣體分子碰撞而被吸收了，所以說是大氣層而不是磁場起到了更重要的保護作用。況且，即使磁場的作用的確不容小視，也未必是決定性的， 因為我們地球的磁場在歷史上曾不定期地出現過磁極反轉，卻並未對生命演化造成可察覺的負面影響。

圖6 雷克雅未克極光（圖片來源：王靖翔 攝）

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月球

「明月幾時有？把酒問青天。」月球對於我們的意義絕不僅僅是觀賞與吟詩，還對於維持地球自轉軸的穩定有著重要影響。眾所周知，地球是在自轉的。目前地球自轉軸與公轉軸的夾角相當穩定地維持在22°到24.5°之間，由此產生了相當穩定的四季變化。有人模擬計算表明，如果沒有月球，地球自轉軸與公轉軸的夾角將不會如此穩定，進而導致四季變化的穩定被破壞。果真如此，我們可能過五六個月夏天，一兩個月秋天，就又進入漫長的冬季——好像進入了亂紀元一樣。這將破壞生物對季節的適應，而且還有更嚴重的後果。因為如果夾角接近 90°，地球幾乎是「躺」著自轉的，當自轉軸指向太陽時，幾乎整個北半球都將經歷長達數月的連續白天，南半球則相反，是長達數月的連續黑夜。這種一邊酷熱，另一邊嚴寒的極端氣候將對生物——尤其是陸地生物——的生存和演化造成嚴重困難，就更別提高等生命和智慧生命了。

圖7 月（圖片來源：王靖翔 攝）