向晓晖

在靠近年轻太阳很近的地方，四个世界（水星、金星、地球、火星）诞生了，其中每一个都具备承载生命的条件。虽然太阳系中有大量地方存在可居住条件，但这四个故事却具有惊人的开端。

46亿年前，太阳诞生仅几百万年后，太阳周围并没有可见的世界崛起，而只有太阳形成后留下的、由尘埃和气体组成的巨大云团。在接下来的数千万甚至上亿年中，引力将这些残骸吸引在一起，形成首批行星胚胎。这些胚胎变成最靠近太阳的四个行星世界，这些行星的故事被太阳的命运主导，其中每一个的可居住性都增加或减少。今天，被烧焦的水星以极近的距离环绕无情的太阳。在稍远一点的地方，稠密的大气层将高温的金星裹住。在更远的地方，冰冻的火星是一个荒凉世界。在这四个世界当中，只有一个拥有卓越的开端。

这个世界就是地球。地球是一个非常特殊之地，拥有正好适合生命的条件。我们所知的生命依赖液态水，而只有地球有能力在漫长的岁月中保留液态水。这就是地球的卓越之处。地球是太阳系中唯一拥有生命的行星。不过，虽然在今天的太阳系中地球看起来很独特，但我们不能只注意一个很小的时段和一个很小的空间。太阳系中有大量地方曾经、现在或将来可以居住。然而，今天的太阳只钟情一个可居住的世界——地球。那么，为什么只是地球而不是其他行星？让我们离开蓝色地球去探索我们的姊妹行星，我们会发现很惊人的一点：我们的岩石邻居并不总是如此充满敌意，它们曾经也具有接近地球的生命条件。那么，究竟发生了什么事？

水星可能原本不在这里

最惊人的是水星。距离太阳5800万千米、直径4880千米的水星充满奥秘。在太阳系的4颗岩石行星即水星、金星、地球和火星当中，直到最近水星都被探索得最少，理由很简单——水星距离太阳太近，要想进入环绕水星的轨道难上加难。2004年，美国宇航局“信使号”飞行器踏上飞往水星之旅。直线飞往水星是不可能的，直线飞的话飞行器就必须达到很高的速度，这样一来飞行器就需要很多燃料才能让自己在进入轨道时减速，而搭载如此大量的燃料是不现实的。于是，“信使号”从一颗行星飞到另一颗，运用行星引力为自己减速，旋转着向目标靠近。为此，“信使号”一次飞近地球，两次飞近金星。但即便如此，“信使号”接近水星时的速度依然太快，最终它不得不三次飞近水星，飞近速度一次比一次低。

2011年3月18日，在经过近7年的精准飞行后，“信使号”终于安全进入环绕水星的轨道，开始绘制水星表面地图。“信使号”在轨道中拍摄的第一幅水星照片，非常符合科学家对水星表面情况的预计。但这一次先驱旅行导致科学家对水星形成理论彻底改写。水星是太阳系中陨击坑最多的行星，水星表面许多令人不解的特征揭示了水星的狂暴历史，例如它的奇异轨道和慢得离奇的自转——水星绕太阳两圈，才相当于水星上的一天。换句话说，水星的一天等于两年。

更奇怪的是水星核很大。水星基本上是一个外层有很少量岩石的金属球。在太阳系四颗岩石行星中，为什么只有水星如此？“信使号”入轨后发回地球的水星化学数据，让科学家大吃—惊—一“信使号”探查到了大量挥发性化学元素，例如硫和钾。而在这么靠近太阳的地方，是不应该有这么多挥发性元素的。这些元素会进入岩石，但在高溫下会挥发。大量有关水星形成的理论没有预测到水星上会存在大量挥发性元素，科学家立即意识到这些理论是错误的。“信使号”对水星的探索，可能表明了太阳系故事中一个新的转折点。

45亿年前，刚形成不久的年轻水星仍然处于狂暴形成过程中的高温下。渐渐地，富含挥发性元素的水星壳形成了。如果水星当时很靠近太阳，这些元素就很可能在岩石变硬之前挥发掉。那么，今天的水星为何会大量存在挥发性元素？事实上，经过太阳系的漫长历史，行星轨道和位置才变成现在这样。也就是说，当初行星轨道和位置和现在的不一定相同。有一种可能性是，水星并非形成于它目前所在之地，而是形成于靠近其他行星的地方，甚至有可能形成于金星轨道和地球轨道外。但如果真是这样，水星又怎么会沦为今天所见的被太阳烤焦的奇异小东西？

科学家对此还不十分清楚，但已经有一些理论。“信使号”对于水星表面挥发物和水星巨大内核的探测结果，为一种有趣的新理论提供了依据：水星有可能形成于比今天它距离太阳远很多的地方。当时这个地方有几十个行星胚胎在竞争行星席位，年轻的地球也正在这里形成。在一片混沌中，有可能某个大天体把水星推出原来的轨道，推向太阳附近。在此过程中，水星与另一个行星胚胎发生碰撞，大部分水星壳和水星幔被撞掉。被撞掉的材料形成早期金星的一部分。只剩下金属核的水星继续朝着太阳而去，最终进入今天它所处的奇异长椭圆轨道，从而躲过被太阳完全湮灭的厄运。

由于对水星真实情况的惊人揭示，“信使号”正帮助科学家全面改写水星形成理论。在“信使号”探测水星之前，科学家根本没有意识到水星历史会这么复杂而又有趣。令人遗憾的是，在探索水星4年后，“信使号”用于修正自己轨道的燃料耗尽。“信使号”最终坠毁于水星，为这个因为距离太阳太近而其上所有生命希望都己被抹去的小小世界增添了一个小小陨击坑。然而，距离不见得能帮助一颗行星避开太阳的威力。

极高温金星曾经有海洋

在水星轨道外4800万千米、距离太阳1.08亿千米的地方，直径1.21万千米的金星看起来与地球更像。但金星被云层彻底笼罩。金星距离地球近，所以古人很早就知道金星的存在。但因为看不穿金星云层，所以金星对古人来说非常神秘。早期科学家已经料到金星有大气层，还想到了金星在地球天空中如此明亮是因为云层完全覆盖金星。过去的科幻作家着迷于一种想法—金星表面有闷热、潮湿的热带丛林。如此看来，金星会不会是隐身云层下的另一个地球？科学家曾经对金星的可居住性非常看好，甚至第一批金星登陆探测器被设计来适应掉在水面上。

20世纪六七十年代，苏联向金星发射了一系列登陆探测器。其中，1961年发射的“金星1号”还未登陆就与地球失去联系。经历多次失败后，1967年“金星4号”再次尝试登陆金星，但在金星大气层中进行测量时失灵。尽管如此，每一次尝试都让科学家更多一点意识到金星的状况根本就不像地球的那么温和，而是非常极端。1975年，“金星9号”终于成功登陆金星，在实施探测不到1小时后停摆。1982年3月1日，“金星13号”开始非常艰险地向着金星表面下降。这艘飞船能忍受在几秒内就能把汽车压扁的高压和能熔化铅的高温。这一天，苏联人拍摄了金星表面的第一张彩照。“金星13号”采集数据共127分钟。

探测表明，金星远远不是一个海洋世界，而是一个彻头彻尾的地狱，金星表面完全不可能存在生命。金星表面温度高达457°C，金星大气压是地球的8g倍，金星大气层中二氧化碳含量高达95.5%。但通过分析金星大气层，科学家发现曾经的金星环境远远不像今天的这么糟糕。今天金星大气层中水含量很低，金星表面根本不可能有水，却有证据表明金星曾经湿润过。通过对金星大气层中氢同位素组成的测量，科学家确信44亿年前的年轻金星存在大量水，甚至很可能存在海洋。也就是说，当时金星与地球很相似——两者与太阳的距离都很合适，因此两者表面都有液态水，有江河湖海。这样看来，年轻时的金星是完全可能支持生命的。根据地球当时的情况，科学家推测金星当时有可能也出现过生命。但金星后来遭遇了什么变故，以至于最终变成一座炼狱？

太阳系行星的可居住性与太阳的历史紧密相关。在这中间，行星与太阳的距离是一回事，太阳的年龄是另一回事。科学家已经很清楚，像太阳这样的恒星会随着衰老而变亮。随着年轻的太阳升温，太阳的辐射平衡也开始改变。金星或许曾有过全球性海洋，但随着太阳温度越来越高，金星表面也会升温。在20亿年里，随着太阳核心的核反应引起太阳升温，太阳越来越明亮。太阳能量输出的增加导致金星表面温度越来越高，越来越多的表面水蒸发变成空气中的水蒸气。水蒸气是一种温室气体。金星表面温度越高，越多表面水转化成水蒸气。空气中水蒸气越多，升自金星表面的热辐射被阻挡回来的也越多。金星云层一天比一天稠密，雨水还未等到落地就己蒸发，最终云层覆盖了整个金星。

1990年，美国宇航局“麦哲伦号”探测器开始在环绕金星的轨道中探索金星。“麦哲伦号”配备了穿云雷达，能看穿金星的稠密大气层。“麦哲伦号”发现，金星表面布满巨大的火山熔岩平原，火山甚至高达8千米。金星表面的一些盾形火山，在太阳系中数一数二。事实上，金星是太阳系中名副其实的火山之都，金星表面分布的死火山数量在太阳系行星中最多。科学家相信，在金星大气层被太阳加热的时期，这些都是活火山。当时火山气体大量进入金星大气层。在地球上，二氧化碳、水蒸气和甲烷等火山气体都是作用很强的温室气体。科学家推测，金星火山气体也不例外。最终，金星到达临界点，失控的温室效应占据上风，导致金星海洋蒸发一空，生命希望随之湮灭。现在金星表面温度甚至比水星还高，是太阳系所有行星中最高的。而随着太阳亮度增加，它的威力被所有类地行星都感受到，火星自然不例外。

火星江河湖海為啥消失

火星距离太阳2.29亿千米，火星直径为6779千米。比金星距离太阳远得多的火星，也受太阳支配。由于火星大气层中一度富含温室气体，所以江河湖海曾经在火星表面自由流动了好几亿年。但火星比金星小得多，火星引力也小得多，所以火星更难留住原有的大气层。火星的液态铁核太小，无法保持热量。铁核降温，最终固化，火星的保护性磁场由此关闭。火星原来的强烈极光消失，裸露的火星遭到来自升温的太阳的高能粒子一太阳风轰击，火星大气层被轰掉，火星表面水蒸发到太空。冻结在火星表面各处的微量水——火星生命的最后希望，被火星的母恒星——太阳扼杀。

在太阳系和其他恒星一行星系统中，行星命运都与行星环绕的母恒星息息相关。所以，在太阳系中太阳主宰我们的命运。随着太阳的改变，地球周围其他行星上的生命潜能随之改变。这些行星的历史提醒我们，可居住性是一种不会永久持续的脆弱平衡。太阳系中只有一颗行星一直保持液态水和可居住性，它就是地球。地球的非凡在于液态水和可居住性的稳定性。几十亿年来，地球在自己的整个历史中都保持了大量液态水，正是这些水推动着地球生物演化。火星曾经有大量液态水（想象图）。

地球特殊性将来会失去

地球真的很特殊。迄今为止，宇宙中确切知道的唯一生命之地就是地球。生命的发生不只需要液态水，而且需要水的长期存在。这正是地球的魔法。由于地球大小和地质学条件的适合，地球大气层才得以足够稳定几十亿年，从而保护了珍贵的水，让复杂生命得以演化。而生命塑造着地球上的陆地和海洋，今天正是生命在维持一直保护我们脆弱生态系统的大气层。但随着太阳衰老，这种脆弱的平衡将难以为继。太阳系所有行星都在变化，其中当然也包括地球。随着地球变化，地球生命也必然会变化。目前的地球受到正好适量的太阳辐射，但随着时间推移，到达地球的太阳辐射量必定会增加。

衰老的太阳持续升温。科学家预测，地球温度的升高最终会扰乱天气模式，全球范围大风暴大旱的概率陡增。随着全球植物逐渐灭绝，氧含量将剧降。大约10亿年后，地球上的复杂生命体系会消失。最终，地球大气层将变得像金星和火星大气层那样大多数由二氧化碳组成，地球匕也会发生失控的温室效应，地球同样也会变成像今天金星这样的火炉。当太阳的氢燃料耗尽后，太阳将进入红巨星阶段。这并非无端猜测，而是科学家通过对银河系中其他恒星的调查得出的结论。

随着太阳耗尽自己的氢燃料，它由此进入红巨星阶段，太阳外层会膨胀到太空几百万千米甚至更远。水星将首先被太阳吞没，接着金星也被吞没，地球和火星苟延残喘。最终，地球也被吞没，地球生命打上句号。当然这是很久很久以后的事了。随着太阳到达生命尾声，太阳周围的可居住地带以及生命希望也将向外移动，进入太阳系外围地带。目前，那里是气态巨行星所在地。因此，遥远将来的生命立足点将不会是这些行星本身，而是在环绕行星的类地卫星上。例如：小小的含冰卫星恩克拉多斯（土卫二）、木星的含冰卫星欧罗巴（木卫二）和土星的另一颗卫星泰坦（土卫六）。

未来泰坦或许会出现生命

泰坦让科学家尤为心动，因为它可能支持一种有别于地球生命的、让人兴奋的生命可能。1997年，美国宇航局“卡西尼号”探测器飞往泰坦。当时，“卡西尼号”经过木星，奔向寒冷的太阳系遥远地带，全程近16亿千米。它计划进入环绕土星的轨道，调查土星的冰环。在轨道中，它部署一部小型探测器“惠更斯号”探索比水星还大、被雾蒙蒙稠密大气层覆盖的泰坦。当时，泰坦的表面对科学家来说仍然是个谜。

2005年1月，“卡西尼号”向泰坦表面释放由欧空局设计的“惠更斯号”。在下降过程中，“惠更斯号”向地球发回了泰坦的首批惊人照片。在这些照片上，科学家看到了明亮的高地，且高地上有暗色的水道。这样的情景与地球何其相似！更惊人的是，“惠更斯号”在泰坦表面成功软着陆，它发回地球的泰坦表面照让科学家看到了泰坦与地球之间的更多相似。在“惠更斯号”着陆后，科学家立即分析它从遥远泰坦上发回的数据，发现泰坦表面也有冲积平原和河流三角洲，那里的液体流动过程也在创生圆石。但因为泰坦表面温度很低，只有-184°C，所以泰坦表面液体不是水。那是什么呢？“惠更斯号”在泰坦表面探查到了大量在地球上呈现为可燃气体的甲烷，而相对高的大气压和低温让甲烷在泰坦表面呈液态。泰坦是潮湿的，但让它潮湿的不是水，而是液态甲烷。科学家推测，泰坦表面也有风暴，但风暴中降下的雨是甲烷雨，泰坦表面的圆石头很可能是液态甲烷冲刷出来的。

令人遗憾的是，“惠更斯号”只运作了几小时就停止工作，它没有探查到液态甲烷刻凿河床之类的证据。但“惠更斯号”的母船“卡西尼号”在环绕土星的轨道中继续活跃。在“惠更斯号”登陆泰坦一年后，“卡西尼号”在泰坦两极地区上空高处飞过时，看见了被风吹雨打的泰坦安大略湖、波浪翻卷的丽姬亚海以及比地球上的安大略湖大5倍的克拉肯海。

迄今为止，在泰坦表面发现的甲烷湖已有好几百个。很少有科学家认為今天泰坦表面存在生命，毕竟泰坦表面温度太低。但如果泰坦升温，考虑到泰坦所具备的生命要素，情况会怎样？今天的泰坦表面存在大量有机化合物，但同时有生物学过程的可能性极低。不过，在遥远未来，当地球和内太阳系变得不可居住时，泰坦所在地将得到更多太阳能量，泰坦表面温度将明显升高，液态水将替代液态甲烷，而甲烷将蒸发掉，冰山将变成海洋。谁能肯定那时的泰坦不会有复杂生命？

太阳系的故事向我们证明，可居住性并不是一个永久特征。太阳系是动态之地，太阳有生命周期，太阳一生都会让可居住地带此起彼伏。地球生命现在是独特的，将来却不一定，因为生命的死亡在太阳系任何地方都发生，只是时间不同而已。即便在银河系中，恒星数量就达几千亿颗，行星数量更多，这不禁让人退想：其中一部分行星上有没有可能也存在生命？

（责任编辑程辉）