地球的演化

讓我們經曆一次地球演化的時間旅行，看看我們的地球在外星天文學家眼中是如何度過不同演化階段的。在我們使用NASA計劃中的“類地行星搜尋太空望遠鏡”或者更先進的“生命搜尋陣列”搜索類地行星的行動中，對於辨別哪些探測到的信號可能會提示生命的存在，這些地球演化史的資料可以提供關鍵的線索。

冥古宙地球   45.6億至38億年前

大約45.6億年前，地球剛由眾多星子（編者注：planetesimal，指太陽係演化早期由塵埃聚集形成的千米量級的天體，小行星帶可以看作星子的遺族）聚集而成，從外太空觀測到的地球在紅外譜上將是一顆明亮的熾熱星體。40億年前的太陽明亮程度僅僅有今天太陽的七成左右，那時候地球的大氣主要是二氧化碳、氮氣以及水蒸氣。二氧化碳和水蒸氣兩種溫室氣體能有效保持溫度。而在地球紅外光譜中，氮氣的吸收占據了相當寬的譜帶。

太古宙地球   38億至25 億年前

最新的證據表明，地球上的生命出現在冥古代。34億年前，光合微生物出現了，並且有微生物開始生成甲烷，這種強溫室氣體有助於在太陽仍然低亮度之下保持地球的溫暖。27億年前，部分藻類已經能利用太陽可見光來生成對於其他微生物有毒的氧氣。從外空看來，太古代的地球是像土衛六一樣的甲烷世界，但是更溫暖，也有可觀的水蒸氣和二氧化碳含量。這三種氣體能在行星光譜上清楚呈現，

元古宙地球   25億至6億年前

硫同位素的變化表明，大約24.5億年前，氧氣開始成為大氣的一個重要組分。耐受氧氣的微生物也在原生代進化出來，生命活動引起氧氣水平的增加，大氣中氧氣含量可能達到今天的1%～50%，這在地球光譜上可以清楚的看到。在原生代晚期，生命開始向陸地擴展，當陸地上植被足夠繁盛之後，太空望遠鏡可能在光譜分析中找到生命獨有的綠色。

原生代也曾存在幾次大冰期，第一次的“雪球地球”發生在原生代，約24億年前，另外兩次發生在8000萬年前到 6000萬年前之間。從外太空看來，冰期地球並沒有生命的跡象，溫室氣體稀少，冰雪覆蓋地表，冰雪底下的生命演化被冰冷所減慢。

動物多樣的地球   6億到 4.5億年前

多細胞動物在約6千萬年前開始出現，真菌和原始植物比如苔蘚也在5.3千萬年到5千萬年前向陸地發展。盡管此時的氧氣比較充足，但其含量仍然低於現代的水平，因而地球光譜的改變不大。

綠色地球   4.5億年前到今天

緊接下來地球上的大變化是維管植物在4.5千萬年前的出現，曆經上百萬年，森林覆蓋到地球陸地上。綠地成為從外太空中觀測地球最顯著的標誌，大氣中氧氣含量也從15%上升到31%，超過了現代地球21%的氧氣含量，氧氣的存在成為外星天文學家確認地球上存在生命的無可爭議的證據。氧氣、水蒸汽的水平也存在相應的變化，在地球吸收光譜中可以觀測到它們的存在。

未來的地球

經曆非常長久的時間，地球會變得越來越熱。金星提供了地球未來變化的線索。金星和地球大小相當，運行軌道比地球更靠近太陽4000萬公裏，並可能曾經是一個被水覆蓋的星球。但現在的金星已經因為太陽的亮度增加導致溫室效應失控，溫度上升而導致海洋蒸發，直到厚厚的雲層使紅外線無法向太空逃逸。NASA艾姆斯研究中心的GoldBlatt估計，在地球上，未來15億年內可能會發生同樣的事情（編者注：這裏說的地球變熱是長達上億年的天文因素造成的，比如太陽膨脹，或者地球軌道變化等，跟目前的溫室效應在原理上類似，但誘因不同。這裏隻是一個假說）。

在漫長的時間裏，太陽紫外線分解了火星大氣中的水分子（變為氫氣和氧氣），氫氣逃逸到太空中，留下的強腐蝕性的氧氣，將金星表麵的岩石腐蝕成二氧化碳和硫酸。

不過，地球未必會完全複製金星的模式，但除非有大規模地球工程，否則地球還是最終會和金星走向同樣的宿命，不會留下任何痕跡告訴遙遠的外星觀測者，曾經有生命在這裏繁衍不息。

來源：Sky and Telescope 8月刊 封麵文章

長期做路人 編譯，老孫 審稿


（原載網易博客）