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宇宙的奥秘之太空中的绿洲

地球是一个水行星,大量相互连接的水体,即海洋覆盖了其表面的71%,它们调节着全球气候,它们为土地带来雨水,这些水充满了养育我们的湖泊和河流。现在科学家们已经探测到隐藏在地球深处的岩石中如海水般巨量的水,为什么我们的世界被赋予如此丰富的资源?地球是太空中唯一的绿洲吗?在我们凝视星星的这么长时间里,它们几乎没有提供任何迹象表明,超出太阳系的某个地方,有像我们星球一样丰富的资源。

最近,天文学家利用美国宇航局的开普勒太空望远镜等轨道天文台,以及精密的地面望远镜快速发现行星。在这陌生的宇宙中,有数倍于木星大小的巨大气态行星,也有在其母星爆炸时形成的由岩石和烧焦的残余形成的行星。有些恒星有狂野的椭圆轨道,它们远远飞向太空,然后又回到它们的母星的炎热大气覆盖的近处。在这些不宜生存的行星中,有一些带着水和冰存在的痕迹。水是我们所知道的培育生命所需要的成分。

寻找这些类似地球的行星的竞赛,再次引发了一个古老的问题?是否在广阔的银河系中,像地球这样的行星非常丰富?生命也很丰富?或者说地球是否是贫瘠宇宙中罕见的伊甸园呢?我们可以通过重新回顾地球的历史,尤其是赋予它水的情形式来开始找到答案。在太阳系之外,即使在寒冷黑暗的太空中,宇宙中依然也充满了原子和分子。它们是不断发展的宇宙的原始物质,是恒星和行星的基本构件。在某些地区,星云可能会发出令人毛骨悚然的星光,这些是新恒星和太阳系诞生的地方。成千上万的这些发光的气态云,散布在整个银河系中。在它们冰冻的内部,原子结合成更复杂的分子,氨,甲烷,一氧化碳和水。对天文学家来说,水H2 o的存在并不令人意外,氧是我们宇宙中第五丰富的元素,起源于占据许多星云中的恒星,被称为红巨星。

在它们的核心深处,高温高压导致氢原子和氦原子碰撞在一起,形成像氧一样更重的原子。当这些恒星死亡时,它们会将氧和其他元素抛出,进入周围区域。大约50亿年前,在如此丰富的化学物质中,一颗中型星,我们的太阳诞生了。在流入这颗新星的气体和尘埃的旋涡中,一个由行星、卫星、小行星和彗星组成的太阳系逐渐形成。今天在太阳系的几乎每一个角落都可以找到水,冥王星及其卫星卡戎是围绕太阳系外围轨道运行的一类小物体的一部分。它们行星诞生的遗留物,表面覆盖着一层厚厚的冰冻的甲烷和水冰。此外,在蓝色的行星中,海王星和天王星的颜色不是来自水,而是来自甲烷云所形成的冰冻大气。在它们内部,带电粒子在液态水的海洋中循环,产生电流和磁场。这些海洋可能更像是电池的酸液而不是水。在土星光环的褶皱内有无数的冰粒,在它们上方徘徊的是卫星土卫二,它的冰面使其成为整个太阳系中最明亮的天体之一。卡西尼号探测器探测到,从它南极射出的水冰流,科学家推测它正从地表下的液态海洋中逃逸出来。

最大的行星木星,拥有自己的水库,虽然在这颗巨大行星的大气中,水的储存相对较少,它有助于引发风暴,像旋转的大红斑一样。木星风暴是水蒸气上升和下降的结果,就像地球上的雷暴一样。越过木星的翻腾的大气,越过其火山遍布的第一个卫星木卫一。来到一个水世界,木星的卫星木卫二,它是明亮光滑的表面充满纵横交错的通道和凹槽,它们被认为是由下方的液态水海洋或泥冰的变化而形成的,木卫二可能有一个内部热源,木星的重力在其岩石内核上的拉力摩擦。如果生命形能够栖息在这个内部海域,他们肯定是非常原始的。朝着太阳移动,小行星们小的不过是锯齿状的岩石和铁屑,但它们却夹杂着极少量的冰冻水。即使是在炎热的水星上,你也可以找到隐藏在极地陨石坑中的水,这些陨石使其免受太阳的照射。同样,航天器已经在月球两检测到大量的冰,阿波罗号宇航员带回的岩石中有证据表明,月球内部很可能充满了水。

然后就是火星,处在科学家称之为生命区的外围。足够的太阳热到达火星使水变成流动的液态。从古时纵横的网状干河床推断,科学家们相信水一度流入这里。然而今天,火星又冷又干。在夏季,沙尘暴伴随着飓风冲刷着地面,在冬季,冰冻的二氧化碳带来霜冻。如果火星上还有水的话,很可能是被地表下的岩石吸收了。

金星位于生命带的内缘,在大小、质量和成分上与地球相似。然而,它浓密的云层掩饰了一个可怕的现实,从云层中滴下的不是水而是硫酸。一些阳光能够穿过云层,但厚厚的二氧化碳大气,这种"温室效应"捕获足够的太阳能,使金星成为太阳系中最热的行星。这里的水不管以什么形式存在都无法留存。宇宙飞船金星快车发现太阳风稳定地剥离了较轻的水分子,它们从夜区逃离了这个星球,然后被太阳风吹进太空。

火星可能遭遇类似的命运,是什么让我们的星球如此不同?一方面,地球被包裹在其核心深处产生的磁场中,它使太阳风偏转,就像一道防护罩。金星不同,从古代星云遗传下来的水,从早期开始就能在这个小而多岩石的世界中流动。

今天各种形式的水占据了地球的主导地位,它被捆绑在两极的冰帽中,随着季节的变化增长和收缩。它在海洋、湖泊和河流中起伏不定,覆盖了地球表面积的四分之三,它漂浮在大气层中的水蒸气云层中。当阳光照射到地球上时,水蒸气会吸收一些能量保持热能,我们大气层中的另一个重要成分作为恒温器,就像一个控制旋钮,以保持气候过热或过冷。微量二氧化碳吸收足够的能量以支撑全球温度并使水保留在大气中,但地球并不是生来就有这平衡的二氧化碳含量的。

在早期地球上堆满了火山,这些火山将大量的二氧化碳和其他化学物质释放到空气中。随着时间的推移,一些二氧化碳被岩石和水之间的化学反应除去,并被冲入大海。这使得另一个关键因素发挥作用,在海洋深处,原始的生命形式随着在光合作用过程中,吸收二氧化碳和释放氧气的能力而进化。因此一个行星要孕育生命,仅仅有水是不够的。让碳循环进出大气,并调节全球气候的能力,可能是外星球能够被称为类地球行星的最大障碍。

几千年来,我们已经学会了如何探索我们的水世界,但是探索的工具已经发生了改变了。而今天我们正在向太阳系外的太空中寻找像地球这样的行星,还有像地球这样的水世界吗?它们是否支持生命和人类的发展?在对距离地球1200光年的开普勒62等恒星的研究中,出现了许多诱人的暗示。科学家们最近使用开普勒太空望远镜探测到,两颗行星围绕这颗略大于地球的恒星运行,它们都在生命区内。这些世界是否有与地球相似的磁场,气候和广阔的水域?或者它们是否和地球的姐妹星球金星一样,有着密集的温室大气和贫瘠的景观。当我们将目光投射到更远的空间和时间范围时,我们对生命的探索还在继续。当我们扫描银星系寻找另一个宇宙中的绿洲时,我们会注意到类似于我们所在世界的独特签名。

责任编辑: 王和   来源:探索宇宙的秘密 转载请注明作者、出处並保持完整。

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