地球将告别宜居带？

王家骥

大气层营造宜居环境

任何一颗有生命的行星都必须位于恒星周围一条狭窄的带状区域之内，这个带状区域被称为“宜居带”。在一个行星系统中，宜居带边界的确切位置取决于恒星的质量和年龄，这两个因素决定了恒星会辐射出多少光和热。

地球无疑是太阳系中最适宜居住的星球，对人类来说就是“完美世界”。但是，仅仅依据地球在太阳系内的位置来推算，地球表面的平均温度应该在冰点以下。而拯救地球的则是它的大气层，大气层里含有一定数量的二氧化碳和水蒸气，能够起到保持热量的作用。这样的大气层被看作是一种伴随着石质行星形成的通常应该发生的结果。然而，如果大气层太厚或太薄，或者化学成分有所不同，那么地球可能会立即变得不像现在这样适合生物生存。

我们的邻居金星就是一个例子。金星在一开始的时候似乎是宜居的，它具有与地球相类似的海洋和大气。可是，它距离太阳太近，很快这一块福地就变成了一座烤炉。大洋中的水开始沸腾，成为水蒸气，进入到大气层中，而水的保暖性使得温度进一步升高。结果，在它的外壳岩层中的二氧化碳全被烘烤了出来，进入大气中，导致温室效应失控，毁灭了这颗行星上刚产生的原生物。今天，在几乎完全由二氧化碳组成的大气层的笼罩下，金星的表面温度大约是460℃，甚至比锡、铅和锌的熔点还要高。

人类将面临生存挑战

令人遗憾的是，人类正在不断破坏着保护我们的大气层。最新的研究给我们带来了一个坏消息，地球可能已经徘徊在太阳系宜居带的边缘，人类将面临空前的生存挑战。

1993年，美国宾夕法尼亚州立大学的地学家詹姆斯·卡斯汀决定要更精确地确定宜居带的边界位置。他和同事研究了落在一颗理想化的地球上的阳光强度和波长的变化是怎样影响地球的大气和表面温度的。结果发现，如果地球从现在距离太阳1天文单位（在天文学中把目前的日地平均距离称为天文单位距离）的地方向内移动到0.95天文单位的位置，阳光强度会提高10%，导致地表温度上升，使水蒸发升腾到大气中，并经过大气层耗散到外层空间。在几千万年到几亿年的时间里，这样一种“潮湿温室效应”将会完全耗干地球上的水，当然一切生物都将灭绝。

卡斯汀还发现，宜居带的外边界位于距离太阳大约1.67天文单位的地方，略微超过了火星的轨道。在这一位置的温度已下降到足以造成永久的全球性冰冻。因此，地球并非位于宜居带的中央，而是明显偏向它的内边缘。卡斯汀根据研究结果，勾勒出不同大小和光度的各种各样恒星周围宜居带的内、外边界。

2013年初，美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员拉维·考帕拉普与卡斯汀一起，对上述计算结果进行了改进。根据新的计算结果，太阳系宜居带的内边界从0.95天文单位向外移到了0.99天文单位的地方。换句话说，地球距离太阳只要再靠近1%，或是宜居带再向外移动0.01天文单位就会产生“潮湿温室效应”。

一起捍卫宜居的地球

对于保持地球的宜居性而言，最大的不确定因素是人类自身。目前，大气中的二氧化碳含量已经从工业革命前的百万分之二十八，上升到了百万分之四百以上。联合国政府气候变化专门委员会在2007年发布的报告中指出，二氧化碳增加可能导致全球气温上升3℃。

与金星的命运相比，这听起来无关紧要。但是，如果人们不遏制二氧化碳排放，使温度继续上升，地球将面临和把地球的轨道向内侧移动了1%一样的结局——移出宜居带，最终步金星的后尘。

当然，也有很多研究认为，这样的情况几乎不可能出现。他们认为，即使我们烧掉了地球上能够开采出来的大多数化石燃料，也只是令大气中的二氧化碳增长8～16倍，最坏的结果也不过是出现“适度的潮湿温室效应”。

不过，加拿大地球化学家科林·戈尔德布拉特研究发现，如果地球今天的大气进入了一种非常热且潮湿的温室状态，那么超量的水蒸气将会吸收更多的红外线。这可能会减少云层和冰层的覆盖，进一步增加热量的吸收，仍有可能触发“失控的温室效应”。

那么，地球的宜居环境到底能够维持多久呢？各种各样的研究不能减少我们的忧虑，但是每个人的实际行动会让那一天晚一点到来。