与其带地球流浪,不如为它找个备胎

与其带地球流浪,不如为它找个备胎

首页休闲益智沙丘弹球手机版更新时间:2024-05-09

这颗星球不是地球,而是地球化后的火星,太阳系中第二颗“蓝色弹珠”。图/NASA

星际穿越、复仇者联盟、火星救援,三个电影中的星球,都拿出来扒一扒。

上周,NASA在美国天文学年会上宣布,他们发现了一颗与地球大小类似的行星,它位于TOI700恒星的宜居带上,所谓宜居带,就是说行星的地表可能存在液态水

这颗星球会成为未来人类星际移民的目的地么?NASA告诉我们,TOI700距离地球,有100光年之遥......100光年?好吧,看来我们是想多了,

别急,在太阳系内,还有好几个有可能成为星际移民目的地的星球,或许,在我们的有生之年,真的有可能亲眼看到人类登陆这些太阳系中的“地球备胎”呢

设想中的火星太空中转站。图/NASA

“水球”欧罗巴

前几年大卖的电影《星际穿越》,讲述的就是人类穿过虫洞,去寻找“第二地球”的故事。男主最先到达的目的地,是一颗覆盖着薄薄的海洋的星球。这里有水,有大气,似乎很适合人类生存,但随之而来的百米巨浪,差点让男主的队伍团灭。

《星际穿越》电影中,男主团队降落在一颗“水球”上。图/《星际穿越》虽然这颗“水”球并没有明确的原型,但是,水、巨大的潮汐这两个特征,让人不禁联想起了太阳系中的一颗卫星,它就是木卫二——欧罗巴。 欧罗巴比月球稍稍小一点,重力是地球的13%。据推测,在这颗星球的地壳下方,有一层覆盖着全球的、由液态水组成的海洋这片海洋可能比地球上的海深10倍,水量是地球上液态水总量的2-3倍。从这个角度来看,欧罗巴还真的是一个“水球”。

左下方的星球是欧罗巴,它上方的是月球。欧罗巴的半径为1560千米,是地球半径的24.5%。图/NASA

当巨大的木星从欧罗巴的地平线上升起时,它看上去要比我们在地球上看到的月亮大十倍。木星的质量是其它七大行星质量总和的2.5倍,它强大的引力,引发了欧罗巴海洋的巨大潮汐,这不正像是《星际穿越》中男主遇到的百米巨浪么。

木卫二喷出羽状水蒸气,背景是巨大的木星(假想图)。图/NASA我们从未登陆过欧罗巴,更没有钻到它的地壳下面去一探究竟,我们是如何知道这片地底海洋的呢?

欧罗巴下方水层的两种模型:第一种为可对流的冰层,第二种为液体海洋。图/NASA

1995年,伽利略号木星探测器曾在欧罗巴上空351公里处飞过,从它传回的照片上看,这颗星球的表面遍布着长达几万公里的、仅有几十米高的棕色线状山脊。欧罗巴的地壳,就像一面刷在冰面上的,到处裂缝漏水的墙,这些山脊,就是冰水漏出时留下的印记。

由旅行者2号所拍摄的木卫二高分辨率图片,图片显示木卫二有着光滑的表面,只有三个陨石坑的直径超过5公里。图/NASA

除了这些小山脊外,欧罗巴的表面没有高山,几座环形山的内外高度也几乎一致。想想也是,人怎么能在沙地上起高楼呢?地壳下的流动物质,也就是水,无法支撑起高峻的地形,这让欧罗巴成为了太阳系中最光滑的星球之一。

欧罗巴上的陨石坑,又少又新,这是地壳频繁变动的结果,图上的圆点,是皮威尔撞击坑。图/NASA

另外,伽利略号探测到了欧罗巴微弱的、受到木星磁场诱导所产生的感应磁场,这种感应磁场产生的前提,是必须有一个靠近表面的全局导电层,一层覆盖全球的可以导电的液态含盐海洋,是最为合理的解释水、有机物、能量,是孕育生命的三驾马车。欧罗巴上有水,彗星或小行星上也会带来有机物,那能量的问题能否解决?

欧罗巴上因为木星引力所产生的水、冰混合物喷发。图/NASA科学家们曾经认为,如果距离恒星太远,行星上能够接受到的能量不足以支持生物生存,水也无法保持液态。的确,作为一颗距离太阳6.7亿公里的遥远卫星,在欧罗巴上,即使在最暖的赤道,温度也只有零下163摄氏度,从理论上说,欧罗巴应该是一片死寂。

欧罗巴定妆照。图/NASA木星,代替了太阳,成为了欧罗巴的能量来源。木星为欧罗巴带来的巨大地下潮汐,在与海底摩擦时,将机械能转化为热能,加热海水,让它保持了液态,这份热能还可能会生成海底热泉,为生命供应能量。所以,欧罗巴被科学家们认为是太阳系中,除地球之外的,最有可能诞生生命的地方。

假想的欧罗巴冰下海洋里中的生物。图/Wikipedia为了给人类的未来铺路,美国宇航局计划在2022年发射一艘名为“欧罗巴快船”的探测器登陆这颗星球,它的首要任务是探索地外生命,次要任务就是看看这颗星球是否宜居

欧罗巴快船想象图。图/NASA

其实,是否宜居,这个问题不难回答。相比起地球温暖、舒适的环境,欧罗巴简直如同地狱。抛开冰冷不提,这里强大的木星辐射,能让人在一天内死亡。欧罗巴的大气几乎全部由氧气构成,极其稀薄,气压仅有0.1μPa,跟没有差不多,头顶上方看到的,就是漆黑的太空。不过,对于人类来说,只要有水,科技,可以帮我们解决其他问题。

甲烷国度”泰坦

在大热的电影《复仇者联盟》中,1号反派灭霸所居住的星球叫做泰坦。在太阳系中,也有一颗名为泰坦的星球,它就是土卫六。

泰坦,这个名词的本意是巨人,后来引申成为巨大的意思,比如泰坦尼克号,就是一艘大船。泰坦星的体积,没有辜负它的这个名字,它是太阳系中第二大的卫星,甚至比八大行星之一的水星还大。

左下方的星球,是泰坦星,它上方的是月球。泰坦星的半径有2576千米,相当于地球半径的40%,虽然泰坦星的体积在太阳系所有的卫星中排行第二,但因为它厚厚的大气层,让它看上去,比排名第一的木卫三(半径2634千米)还要大。图/NASA

除了个头之外,这个卫星最大的魅力,在于它是太阳系中仅有的四个拥有浓密大气层的岩石行星之一(另外三个是地球、金星和火星),而且,它是除地球之外,太阳系中唯一一个存在着大量地表液体的星球

2004年7月,卡西尼号抵达土星轨道,它的任务分为两部分:卡西尼号绕土星飞行,携带的惠更斯号登陆泰坦星。图/Kevin Gill/CC BY-SA 2.0

泰坦星的大气非常致密,以至于它表面的气压,比地球上还高出45%,人假如站在泰坦星上,感觉就好像站在泳池底部一样。泰坦星的大气,有98.4%都由人们所熟悉的氮气组成,这也是地球大气的主要组成成分,除此之外,还有少量的甲烷、氢气,和碳氢化合物。太空中的泰坦星,是橙色的球体,这是碳氢化合物反射阳光后的颜色。

卡西尼号借助太阳光拍摄到的泰坦星大气(假想图)。图/NASA

甲烷、碳氢化合物,都是很强的温室气体,这让泰坦星上的气温,在同轨道的卫星中,算是温暖的。不过,这里距离太阳超过14亿公里,平均气温只有零下179度。这个温度下,液态甲烷取代了地球上水的位置泰坦星上,不仅有甲烷湖、甲烷河,还有甲烷云,甲烷雨。

我们熟知的天然气、沼气,成分都是甲烷。甲烷的熔点是零下182.5度,沸点是零下161.5度,我们在地球上见到的甲烷,都是气态的,而在泰坦星上,甲烷可以保持液态。图中所示的,是泰坦星上的的Rimmed甲烷湖的假想画面。图/NASA

2004年,从卡西尼号上发射出的惠更斯号探测器,登陆了泰坦星。惠更斯号降落在一片河滩平地上,这里分布着由碳氢化合物颗粒构成的“沙地”,以及由水冰构成的“岩石”,这些“岩石”呈现鹅卵形状,只有流动液体,才能造就这种形状的“岩石”

惠更斯号登陆泰坦星后拍摄的第一张照片。图/NASA

2009年,科学家们终于确认了泰坦星上的甲烷湖、海是液态的:最大克拉肯海,面积超过40万平方公里,比地球上最大的湖——里海的面积还要大;在南极地区的安大略卫星湖,西侧河流汇入湖泊时冲击而成的三角洲地形清晰可见。

泰坦星上的湖泊,最左侧的就是最大的克拉肯海。图/NASA

2010年,人们又观测到了土卫六上赤道附近发生的一场甲烷暴雨。大约1厘米大的液态甲烷雨滴,像下雪一样慢慢落到地面(因为土卫六上的重力只有地球的14%)。甲烷雨形成了洪水,改变着泰坦星上的地形。泰坦星上的液体甲烷,是否能代替水孕育生命呢?科学家们认为这种可能性很大!尽管甲烷作为溶剂要逊色于水,也不像水那样能够参与各种化学反应,但科学家们还是模拟出了一种吸入氢气、合成乙炔,呼出甲烷的,名叫“偶氮小体”的奇怪生物(或许叫灭霸更为合适),当然,人们现在还未发现它们的存在。

泰坦星上的风暴假想图。图/NASA

其实,泰坦星更像是人类的能源基地,而非宜居的家园。据估计,这里液态烃化合物(包括甲烷、乙烷、乙炔等)的储量,是地球上已勘探到的石油、天然气储量的数百倍。人类还可以将泰坦星作为中转基地,以开发土星的资源。

红色的“地球”

2026年,人类开始了第一次前往火星殖民的太空航行,由俄罗斯人和美国人组成的登陆团队,在火星上建立了名为“山脚基地”的殖民地。随着时间的推移,火星上的植物开始大量生长,气压和温度的持续增加,液态水开始在火星表面汇聚成江河湖海。最终,位于火星南极洲西部一连串的火山爆发,彻底融化了这里的冰盖,火星变成了一颗蓝色的星球

地球化后的火星,所谓地球化,是一种设想中的,人为改变天体表面环境的行性工程,最终让这颗行星的气候、温度、生态与地球环境相似。图/NASA

这不是真实的未来,而是美国科幻作家斯坦利·罗宾森在20世纪末完成的小说《火星三部曲》中的故事,人类,一直对移民火星充满了幻想。 2015年,美国宇航局公布了一项打造火星永久定居点的计划,在该计划中,人类将在21世纪30年代,在火星上建立能够独立运行的生活设施,这些设施,将成为未来移民火星的基石。

NASA飞船“凤凰号”登陆火星场面的假想图。图/NASA

人类之所以如此钟情与这颗红色的星球,是因为从各个方面来说,火星的条件,比太阳系中的其它行星或卫星,都好得太多,或者说,从某种程度上讲,它就像是一个小号的地球

火星的半径是地球的一半,体积只有地球的15%,质量是地球的11%,重力为地球的38%。图/Wikipedia

火星,在近日点时,正好进入了太阳系的宜居带。这里有充足的光照和能量,虽然在冬天时,火星极地的温度只有零下143度,但在夏季的赤道上,气温可以上升到22度,与地球上的温度几乎无异。火星上的一天,是24小时39分钟35秒,与地球上的一天所差无几。

火星基地假想图。图/NASA

在电影《火星救援》中,马特·达蒙在火星上种起了土豆,这并非是虚构的:在火星上的某些地区,土壤含水量高达到2%,还含有镁,钠,钾和氯等植物生长所必须的元素,虽然不如地球的土壤肥沃,但也可以用来耕种

马特·达蒙在火星上种植土豆。图/《火星救援》火星在过去和现在,都有水的存在。这里纵横交错的干燥河床和沟壑、仅能诞生于有水环境中的二氧化硅和粘土沉积,以及南北极由干冰和水冰组成的冰盖,都证明了水的存在。2017年,NASA火星侦察轨道器甚至发现了火星上存在的高盐度的液态水。科学家们甚至预测,在数十亿年前,火星也曾像今天的地球一般生机勃勃,它的整个北半球,都被广袤的海洋所覆盖。

假想中的数十亿年前的火星北部的海洋。图/NASA

但是,不管怎么说,这颗红色的、无比荒凉的星球,现在看起来总是感觉并不宜居。

与地球相比,火星的个头小,在太空中,个儿小可是个大事儿!科学家们认为,行星需要熔融的金属地核来产生磁场,而火星的内核,早在39亿年前,就冷却了。没有了磁场的保护,本身引力就小的火星,在太阳风的持续肆虐下,根本保不住它的大气。

被太阳风慢慢吹散的火星大气(假想图)。图/NASA如今,火星表面的气压仅有600Pa,这是地球上标准大气压的千分之六。过低的气压,让火星上的液态海洋消失殆尽,变成了今天死气沉沉的干燥星球;稀薄的大气无法存储热量,让火星的昼夜温差高达100摄氏度。

水的三相点为0.01摄氏度,611.73Pa,这就是说,在气压低于611.73Pa的时候,水不会以液体形式存在,火星上的气压,只有600Pa,所以,这里很难存在液态水。图/Wikipedia

别看火星大气稀薄,这里可拥有太阳系中最大的沙尘暴。每当火星来到近日点时,赤道温度的升高,形成了时速超过160千米的大风,将沙尘卷到空中。沙尘在空中吸收更多热量,让空气更快地升温,最终演变成席卷全球的大风暴。

2018年7月火星上席卷全球的沙尘暴,让火星变成了一个“土”球。图/NASA

虽然人类曾设想出许多改造火星的方法,期望能够将火星恢复成数十亿年前那颗蓝色的星球,但是,如果无法重新点燃火星的内核,解决磁场的问题,最终,这里还将变回一片荒漠,而且,人类现在的技术,还不足以改造这颗星球。

火星的地球化过程,从一颗红色星球,变为蓝色火星。图/NASA

冰冻的欧罗巴、充满甲烷的泰坦、无比荒凉的火星,这三颗被科学家看好的太阳系中的“地球备胎”,虽然和其它行星比起来有着先天的优势,但都根本无法和地球相媲美在我们仰望星空,寻找第二个家园的时候,残酷的现实无时无刻不在提醒着我们:在踏上“第二地球”之前,我们都只有一个地球。

- END -

文丨张雨晨

部分内容来源 | 《少儿百科-宇宙》

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