我们为何独一无二？

久等，大地母亲

呃，这回终于想不出了怎么打岔了……

不过终于写到我们最熟悉的大地母亲啦~写到这篇，笔者特别兴奋，却也着实有些为难。因为地球就在我们脚下，每个人都太熟悉了，写到哪里都觉得难以下笔。我们地球最引人注目的，是其上繁荣生存的生命——我们尚未发现有任何其他地方存在着生命。一大批人苦苦搜寻宇宙的目的，也正是寻找我们的伙伴。我们孤独吗？我们为何独一无二？面对着这样古老经典的问题，人们始终莫衷一是。下面就对地球的独特之处[1]窥探一二，也简单再现一下大家的争论。

图1 月球上拍摄的地球照片

（图片来源：NASA）

闲话休多，看官请看。

太长不看版：

1.到恒星距离合适的行星的表面温度适中，有存在液态水的可能。这个区域被称为“宜居带”。恒星演化过程中一直处在“宜居带”的地带称为“持续宜居带”。

2.适中的质量和磁场有利于地球保有适宜的大气。磁场和大气是保护地表生命不受高能粒子攻击的保护伞。

3.地球上碳循环的负反馈机制使得气候相对稳定。

4.月球的存在使地球的自转与公转轴交角更为稳定。

1

黄金地段

首要的当然是地球的位置——地球离恒星的距离。这直接关系到地球的表面温度，进而影响到地球表面液态水的存在与否。离恒星太近会太热，离恒星太远会太冷，只有不近不远，处于所谓“宜居带”（habitable zone）中，地球表面才可能存在液态水。

图2 不同恒星宜居带的大致位置

（图片来源：NASA）

这个区域的位置并非一成不变，因为太阳的光度[2]是随时间发生变化的。随着太阳光度的增加，宜居带也在向外推移。这就要求地球在高等生命演化所需要的数十亿年的漫长历程中始终处于宜居带里。也就是说它必须处在“持续宜居带”（continuously habitable zone）之中。不过，关于宜居带具体位置，却是存在不少争议。

这里还要再次歌颂一下伟大的太阳，它合适的质量为我们提供了生命演化的条件。恒星的质量增加时，它的光度就会增加的更快，能量消耗也更快，寿命就可能更短。如果恒星的质量太大，其寿命就可能太短，还等不到生命演化自己就先挂了。恒星质量太小了也不行，这样它表面温度较低，宜居带离太阳太近，其中的行星就容易被潮汐锁定。那时，昼夜不再交替，行星也是一面火炉，一面冰窖，不会是生命的温床了。

2

大气

与前面写过的水星和金星相比，今天的景象可谓优雅而壮观。提起承载生命的摇篮，最重要的就是地球的大气。如果你有幸乘坐视野很好的战斗飞机在高空飞行，甚至在未来的某天到近地轨道上去旅行，你便有机会亲眼看到我们的大气层。在最远处和黑暗的交界处，你可以看到一条细细的蓝线——这就是我们赖以生存的地球大气，它显得那样优雅而脆弱。

图3 地球大气层——细蓝线

（图片来源：NASA）

这样适宜我们生存的大气还要靠地球自身的魅力来留存，也就是它恰到好处的质量。如果质量太小，地球就没有足够的引力来吸引大气，即使曾经拥有，随着时间的洗刷也会荡然无存；如果质量太大，又有可能吸附过多的气体而成为气态巨行星，这也是不利于高等生命演化的。

图4 有生物参与的地球碳循环

（详见注解3）

另外一个严峻的问题是，地球气候如何能够稳定地保持相当长的时间，以持续为高等生命的演化提供良好条件呢？高中生物学习人体内稳态的时候，我们曾接触过一种十分重要的维稳机制——负反馈。地球的气候调节中正好存在着负反馈机制。大气中的二氧化碳可以被雨水带入土壤和岩石，又可以通过火山活动重新回到大气中——这被称为“无机碳循环”[3]，它具有稳定气候的作用。当气温过低时，液态水凝结成冰，雨水大量减少，随雨水进入土壤和岩石的二氧化碳也随之减少；火山活动却正常进行，这使得大气中的二氧化碳由稳定转向增多。二氧化碳含量升高时，就会使温室效应更显著，进而使气温升高。气温回升的结果是，冰融化、雨水增多，由大气进入土壤的二氧化碳随之增多，温室效应减弱，气温降低。这正是一种典型的负反馈机制，地球气候因此得以长期稳定。

3

磁场

在高纬度地区，我们有时可以看到动人的极光。这也是地球对我们的保护作用的体现。前面的文章中提到，太阳每天都在向外抛射大量的高能粒子。由于磁场的作用，这些粒子发生偏转，在两极地区与大气中的分子作用，使它们电离，这就是极光的成因。磁场能对太阳风和宇宙射线中的带电粒子产生阻挡作用， 从而一方面防止它们危害行星表面的生命，另一方面则阻止它们吹散行星的大气层。因此一些天文学家认为，磁场也是高等生命出现的必要条件之一。

图5 极光（图片来源：NASA）

另外一些人则持相反意见。磁场只能阻挡能量较低的带电粒子，对能量更高、危害性更强的粒子却是束手无策。这些高能粒子没有对地球上的生物造成严重危害的原因是，它们在进入大气层后就跟气体分子碰撞而被吸收了，所以说是大气层而不是磁场起到了更重要的保护作用。况且，即使磁场的作用的确不容小视，也未必是决定性的， 因为我们地球的磁场在历史上曾不定期地出现过磁极反转，却并未对生命演化造成可察觉的负面影响。

图6 雷克雅未克极光（图片来源：王靖翔 摄）

4

月球

“明月几时有？把酒问青天。”月球对于我们的意义绝不仅仅是观赏与吟诗，还对于维持地球自转轴的稳定有着重要影响。众所周知，地球是在自转的。目前地球自转轴与公转轴的夹角相当稳定地维持在22°到24.5°之间，由此产生了相当稳定的四季变化。有人模拟计算表明，如果没有月球，地球自转轴与公转轴的夹角将不会如此稳定，进而导致四季变化的稳定被破坏。果真如此，我们可能过五六个月夏天，一两个月秋天，就又进入漫长的冬季——好像进入了乱纪元一样。这将破坏生物对季节的适应，而且还有更严重的后果。因为如果夹角接近 90°，地球几乎是“躺”着自转的，当自转轴指向太阳时，几乎整个北半球都将经历长达数月的连续白天，南半球则相反，是长达数月的连续黑夜。这种一边酷热，另一边严寒的极端气候将对生物——尤其是陆地生物——的生存和演化造成严重困难，就更别提高等生命和智慧生命了。

图7 月（图片来源：王靖翔 摄）