行星自轉軸傾角高或降低生命存在可能性(圖)

如果你抱怨夏天太熱，冬天又太冷，那麼你可以感到安慰的是，在久遠的過去，地球上的四季氣候可能還遠比現在極端。但是科學家們指出，我們所享受的相對溫和的氣候，其意義並不僅僅在于讓人感到舒服愜意而已。在大約6億年前，地球上較為適宜的氣候可能導致了複雜生命的出現。科學家們認為，在其它星球之上，這種氣候的變動程度或許\也將決定生命究竟能否出現，生存或是滅亡。

當一顆行星的自轉軸相對于其公轉軌道平面出現傾斜時會產生季節現象，這一傾斜角度稱作“黃赤交角”。研究顯示，具有極大季節溫差的行星將可能讓任何複雜生命的誕生和發展變得困難重重。

萊茵‧希勒(Renｅ Heller)是位于德國波茨坦的萊布尼茨天體物理學研究所的一名博士後研究員，他也是去年發表的兩篇有關圍繞紅矮星運行的宜居行星體由于潮汐作用引發傾角損失的論文的第一作者。

季節失調

在行星的一生中，會有很多因素對其黃赤交角造成影響。其中主要考慮的方面有大型天體的撞擊，以及來自其它行星和中央恆星的引力攝動作用。在一顆具有自轉軸傾角的行星的一年中，其南北半球的大氣層會接受到不等量的太陽光照。目前地球的這一傾角值大約是23.5度。加上地球的自轉，所有這些因素一起，確保了地球上即使是在最寒冷的極地和最炎熱的沙漠之間也不會存在太過極端的氣溫差。

和地球不同，在那些黃赤交角值較小的星球上，季節現象就不那麼明顯。如果極地太冷，寒區範圍太大，這將相應導致可居住區範圍的縮小；而如果與此同時它的赤道帶又太熱，熱區範圍太廣的話，就將進一步壓縮宜居環境，讓複雜生命體難以適應。而對于那些位于宜居帶卻具有高傾角的行星體，情況就更加糟糕了，所謂的宜居帶是指恆星周圍距離適中，讓液態水可以在其表面存在的區域。

舉個例子，假設有一顆和地球相似的行星，但是其黃赤交角和天王星相近，接近90度。在這種情況下，行星的極地在一年中會有1/4的時間正對它的太陽，而在另外1/4的時間內背離太陽。

希勒說：“這樣的結果是，當北極正對太陽時，這里將被炙烤到沸騰，而赤道地區則光照甚少，而此時的南極地區則處于徹底的黑暗之中，一切陷入冰凍。”這將是真正的冰火兩重天。更加糟糕的是，這兩座冰與火的地獄每個半年就會對調一次。希勒說：“這樣一來就相當于每隔半年時間就把兩個半球都‘消毒’一遍，要麼用高溫和劇烈的輻射，或者就用超低溫。”

但是即便如此，頑強的生命或許\仍然可以找到生存下去的方法：它們或許\會隨著快速變化的氣候帶遷徙，或者就幹脆在環境較為穩定的赤道地區生活。當然或許\也有一些生命力極其頑強的生命體可以抵抗住這種極端的環境條件而照樣生存繁衍。這種生命體的形式在地球上就存在著，被稱為“嗜極生物”，其成員大多數是細菌一類。

在這類生命體中，有一種被稱為“嗜熱生物”，它們在熱噴泉和完全沒有光照的大洋洋底熱泉噴口附近生活繁衍。如甲烷嗜熱菌(Methanopyrus kandleri)可以在水溫超過250華氏度(約合120攝氏度)的高壓熱水中繁殖。而與之相反，嗜冷菌(psychrophiles)可以在高鹽度，且被冰層覆蓋\的海水空隙中生長，這里的水溫低于5華氏度(約合-15攝氏度)。

當環境變得太熱或太冷時，一些細菌會停止生命活動轉入休眠狀態，它們將自己包裹進一層堅固的，稱為“內生孢子”的結構之內。在這種狀態下，某些細菌甚至可以在冰層中就這樣休眠數百萬年之久，當冰雪終于消融，它們又會重新恢複活動。

更加宜居的地球

而對于那些比細菌高級的生命體而言，這種超長的休眠能力就顯得望塵莫及了。即便是在一顆具有比地球更大傾角，但完全沒有天王星傾角那麼大的行星上，它們的生存都將面臨巨大的挑戰。

喬治‧威廉姆斯(George Williams)是澳大利亞阿德萊德大學的地質學家，他說：“或許\傾角達到40度的行星對于複雜生命體而言就將太過艱難，因為它的夏季將會太熱，而冬季將會太冷，這種影響將是全球性的。”

威廉姆斯指出，這種氣候環境條件或許\也曾經阻礙過地球上體型較大，更多樣生命體的出現和生存。科學家們認為在大約5.8億年前，地球上的生命形式幾乎全部由微生物的藻類和細菌組成。更加高級的生命體，如水母等的出現時間要晚一些。然後在大約5.4億年前，發生了“寒武紀大爆發”，幾乎是在一瞬間，生命奇跡般的大規模出現了，並且它們具有著驚人的物種多樣性。有些生命體開始具備精致的身體結構──甲殼，眼睛，四肢，這些特征都開始出現在這一時期的化石記錄當中。

地球在此之前是否曾經經歷過高傾角的時期？計算機模型計算的結果對此給出了肯定的回答。在大約45億年前，地球曾經和一顆火星大小的天體發生猛烈碰撞，這場碰撞的結果據信導致了月球的誕生。與此同時，這一次的撞擊也改變了地球的黃赤交角數值。有意思的是，有一些地質証據顯示地球確實曾經長期維持著一個高傾角數值，直到大約6億年前。

在這一方面，冰川為我們提供了重要的線索。正如以設在澳大利亞的英聯邦科學與工業研究組織的菲利普‧施密特(Phil Schmidt)教授為首地球物理學家們所証明的那樣，地球上的古冰川似乎曾經傾向于形成于低緯度地區。這可能看起來有點違背常理，但是卻恰恰很說明問題：要知道當黃赤交角超過54度左右時，平均而言赤道地區的溫度相比將低于兩極地區。保存在冰川沉積物種的古磁場特征揭示了這一異常的古冰川活動。與此相對應的沙楔結構，就像存在于現代南北極區的沙楔結構一樣，同樣可以顯示出當時巨大的季節性溫差。在當時的赤道地區，冬夏兩季的溫差可達100華氏度(約合37攝氏度)以上。如果現在也和當時的氣候情況一樣，那麼當冬天來臨時巴西的亞馬遜雨林就會遭遇猛烈的暴風雪襲擊。

所有這些表明地球處于高傾角狀態的線索在所謂“前寒武紀-顯生宙界限”附近逐漸消失。在這一時期往後，大規模的冰川只在高緯度地區出現，而地球上的生命也開始出現大爆發。

對此，威廉姆斯說：“在這一界限附近，地球的環境似乎出現了重大改善。我認為地球黃赤交角的減小是造成這種改善的主要原因。”美國哈佛大學大氣物理學家格里高利‧耶金斯(Gregory Jenkins)對地球氣候模型進行的計算機模擬也支持了這一觀點。

當然，對于寒武紀出現的生命大爆發還有很多其他的解釋，盡管每一種都有各自的缺陷。這些解釋包括地球大氣中氧含量的大幅上升，甚至有人提出是眼睛的出現和演化推動了生物多樣性的爆發。

當然，威廉姆斯自己提出的這一理論本身也存在著它自己的重大缺陷，那就是他提出在地球上最早被確認的大規模極地冰川出現之前的大約1億年間，有某種機制讓地球的黃赤交角減小了大約30度。那麼這種機制究竟是什麼？該如何解釋這種機制的出現？對于地球板塊的歷史運動以及對于地球和月球之間的相互引力作用的研究或許\將有希望幫助我們回答這一問題。

宜居角度？

到目前為止，在系外行星的研究方面，除了它們的大小，質量和軌道周期之外我們對于這些遙遠的世界幾乎一無所知。在未來的數十年間，考察這些星球的傾角數值以及這一數值對于生命宜居程度的影響無疑將成為一項重要的工作。或許\我們將會証明，地球的黃赤交角數值──23.5度，就和地球到太陽的距離──1.5億公里一樣，都是“宜居數值”──給予我們適宜的溫度環境，不會太熱也不會太冷，從而讓複雜生命形式的出現和演化成為可能。

希勒說：“對于太陽系內天體黃赤交角的研究已經進行的非常徹底。但是對于系外行星來說，這還仍然是一片完全陌生的領域。”(晨風)