金星或曾有生命存在？研究：神秘事件改变了它

发布时间：2019-09-24 16:29:55  |  来源：中国新闻网  |  作者：佚名

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中新网9月24日电 综合报道，虽然火星上可能曾经有生命存在，但地球是太阳系中目前已知的唯一有生命存在的行星。然而，一项新的研究指出，在一些神秘的事情发生之前，金星可能已经适宜居住了几十亿年。

日前，在欧洲行星科学大会——行星科学分会2019年联席会议上，一项研究称，金星可能曾具有稳定的温度，并在20亿至30亿年的时间里是“液态水”的所在地。但是，在7亿到7.5亿年前，某种原因导致该星球从岩石中释放出二氧化碳，改变了这里气候。

被称为“炼狱”，金星上环境多恶劣？

金星与地球大小差不多，是地球的体积的95%，被称为地球的姊妹星球。

但是，它有着最恶劣的环境。它的大气层中二氧化碳含量高达96.5%，还有硫酸云覆盖在岩石上。

而这还不够糟糕。它的大气层异常浓厚，大气压力是地球的上千倍。与此同时，它的地表温度高度462摄氏度，该温度足以熔化铅，以“炼狱”来形容都不为过。

不过，有研究表明，金星以前可能不是这个样子。

据报道，过去40年来一系列太空探测器绘制的详细雷达图表明，金星可能有一个浅海。如果是这样的话，那么这颗行星将会有一个完全不同的环境，温度足够低，且允许液态水存在。

曾有水存在？科学家进行5次模拟验证

为了确定这个猜测是否可行，美国航天局高戈达德太空研究所的研究人员迈克尔·韦和德尔·吉尼奥根据覆盖的水深度进行了5次模拟验证，包括深度为10米的浅层海洋、深度为310米的广大海洋等。

据报道，科学家们在考虑到大气变化和随时间增加的太阳辐射的基础上，通过三维环流模型，分别模拟了42亿年前和7.15亿年前的金星。

他们发现，在每种情况下，金星的温度都保持在20摄氏度到50摄氏度之间的稳定范围内。以地球的标准来看，这并不是很舒服，但足以保存有液态水。更重要的是，在最佳情况下，金星可以保持这种情况长达30亿年。

如果这些模型成立，这表明尽管金星接收到的太阳辐射是地球的2倍，但它仍然位于太阳系的宜居带内。

两位科学家认为，远在42亿年前，在金星刚刚形成后不久时，它的表面迅速冷却，大气中的二氧化碳被地壳中的硅酸盐吸收，其机制与30亿年前地球上发生的情况相同。而这将留下一个以氮气为主，含有微量的二氧化碳和甲烷的类似地球的大气层。

金星变化，或因二氧化碳引发的温室效应？

那么后来发生了什么事？

研究小组猜测，在7.15亿至7亿年前，金星可能因为火山活动，导致大量埋在地壳里的二氧化碳，被释放到大气层里。

巨量的二氧化碳引发金星的全面温室效应，与此同时，由于硫磺气体也跟着喷出，导致金星变得越来越热，把原本的海洋都给蒸发了。

高温将水分子分解成氢和氧，氢气逸散到太空里，而氧气与游离的碳，也结合成二氧化碳，终于使金星变成更高热的环境。

“金星上发生了一些事情，导致大量的气体被释放到大气中，无法被岩石重新吸收”，迈克尔·韦表示，“在地球上，我们也曾有类似的例子。比如，5亿年前与大规模灭绝有关的西伯利亚地盾的形成。但金星的规模更可怕。因为它彻底改变了金星。”

研究小组强调，对于这个猜测，仍然有很多主要问题要回答，包括在遥远的过去，水是否能在金星上存在，以及大量气体释放是一个单一的事件，还是发生在数十亿年前的一系列事件中的一个。

“为对金星的历史和演化有更详细的了解，我们需要进行更多的研究”，迈克尔·韦称，“但我们的模型显示，确实存在一种可能性，即金星可能曾是宜居的，且与我们今天看到的金星截然不同。”

他说，“这或暗示着，在所谓的‘金星带’中发现的系外行星，实际上可能存在液态水且气候温和。”

http://news.china.com.cn/2019-09/24/content_75240760.htm

      关键提示：本文提供详细的天文周期和地质旋回年表作对照，以便从中发现规律，预防类似灾害事件的再度发生。

表1  地球自转周期与地质旋回

Table 1  Earth’s rotation periods andgeological cycles

3亿年大冰期周期时间表：200万年以来第四纪大冰期；2.8亿年前石炭二叠纪大冰期；5.95亿年前的前寒武纪大冰期。形成原因：与3亿年太阳系的银河年轨道有关。

叶淑华院士指出，在距今0.65~1.4亿年前的白垩纪，地球上发生许多费解的事件：地磁场突然倒转；出现许多黑色岩系，说明此时岩浆活动非常剧烈；大洋洋洋底裂开；大气温度比现在高18℃左右；海平面比现在约高150米；地球的自转变快；古生物大量灭绝；大气中CO₂的含量十倍于现在；陨石增多；造山作用弱，夷平作用大。对于这些事件的解释可能是，由于一颗小行星撞击了地球。另外此时的太阳系处于一个特殊的位置，位于银河系的远银心点^[38]。

地球自转在4亿年中除了有逐渐减少的长期趋势变化外，还有叠加在其上的周期变化。当月球离地球很近时，朔望月天数将会变化得很快^[16]。任振球认为，古地球自转可能存在间隔2亿多年的准周期，其原因可能与小行星或彗星撞击地球等因素有关，图1 给出了朔望月天数变化所表示的地球自转速度变化曲线^[17]。从图1中可以看出，1.4亿年中生代，地球自转速度处于高峰；2.3亿年前二叠纪，地球自转速度处于低谷。

Whyte指出，在过去4.5亿年中地球旋转速率、地磁轴视极移、洋脊的活动、海平面和气候变化有伴随出现的现象。地球旋转加速时期主要对应了正极性时期，而旋转减慢时期主要对应了负极性时期，前者如志留纪至早泥盆纪和中生代，这阶段由于地球旋转速度加快，使地磁极具正极性、洋脊活动增强、全球性海侵和古气候变暖。自晚泥盆纪至二叠纪和新生代，是地球旋转速度减慢时期，表现为负极性为主、洋脊活动减弱、全球性海退、气候剧烈变化和出现大冰期。这些资料表明，在几亿年时间尺度上，各种地质旋回有一定程度的相关性存在，与地球自转速度变化相对应^[18]。我们讨论了地球自转速度变化、构造运动、地磁极性倒转和灾害性气候相互对应的地球物理机制^{[1, 15, 19-21]}。

图1  近5亿年来朔望月天数的变化[据任振球, 1990 ^[17]]

地球的重力分异产生地球各圈层的分化和差异旋转，使地壳自转减慢；圈层角动量交换将动能变为热能，使地壳自转加快，这两个过程多次反复，可形成地球自转速度的较长周期变化。能够验证这一变化周期的最有力证据是气候变暖、火山喷发和热幔柱活动的高潮时期与地球自转加快时期相对应，这是圈层角动量交换将动能变为热能积累在核幔边界并释放的结果。

比较图1和图2，其形状的相似性表明地球自转与火山活动的相关性：自转加速对应火山活动高峰，自转减速对应火山活动低谷。白垩纪后地球自转速度的急剧变化在火山活动曲线上没有表现，其原因可能与地核重力分异、小行星或彗星撞击地球等突发因素有关。

图2  北美火山活动曲线[据 Engel and Engel, 1964^[23]]

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生物大灭绝形成的要素

1.    轨道偏心率较大的行星向太阳靠近时产生的大气丢失，是冰期产生的根本原因。大气稀薄不仅是气温低的原因，也是与冰期伴随的生物灭绝的原因。比如，火星的公转轨道偏心率最大，为0.093，大气密度为稀薄，表面温度也最低，火星表面平均温度零下55℃。相比之下，地球的偏心率为0.017，处于中等水平，大气密度标准，表面平均温度为15℃，处于间冰期。

2.    轨道偏心率较小的行星大气丢失少，是大气浓密和温暖期产生的根本原因。大气浓密不仅是气温高的原因，也是与温暖期伴随的生物灭绝的原因。金星大气浓密，金星的偏心率最小，为0.007，其表面的平均温度高达462°C，是太阳系中最热的行星。生命无法存在。

3.    来自核幔边界的超级热幔柱喷发，也是与温暖期伴随的生物灭绝的原因。

4.    火山点燃化石燃料层，释放光合作用积累的太阳能量。

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行星公转轨道偏心率控制行星大气密度和温度

我们在2006年撰文指出， 大气层对行星具有保温作用。当轨道偏心率较大的行星向太阳靠近时，太阳风和太阳辐射将一部分大气物质吹走，形成背光的“气尾”；当行星向远离太阳的方向运动时，“气尾”收缩。行星每靠近太阳一次，就失掉相当多的大气质量。

我们在2006年发现，近日行星水星、火星、地球、金星的轨道偏心率分别为0.206、0.093、0.017、0.007，大气浓度分别为极其稀薄、稀薄、标准、浓密。两者成反比的原因是，较大的轨道偏心率使行星在接近太阳时像彗星一样丢失一部分大气。地球轨道偏心率在冰期时增大为0.0607，使大气浓度和二氧化碳浓度变低，降低了对地球表面的保温作用，导致10万年周期致冷作用的增强。

由于地球轨道偏心率10万年周期项振幅不到近日点进动2万年周期项振幅的一半，其引起10万年冰期周期的作用受到质疑。大气浓度变化能增强10万年周期作用，给出10万年冰期周期的合理解释。

事实上，近日行星中，水星与火星的公转轨道偏心率最大，分别为0.206和0.093，大气密度分别为极其稀薄和稀薄，表面温度也最低，水星平均地表温度为179℃（最高为427℃，最低为零下173℃，因为距离太阳最近），火星表面平均温度零下55℃。地球的偏心率为0.017，处于中等水平，大气密度标准，表面平均温度为15℃。金星的偏心率最小，为0.007，其表面的平均温度高达462°C，是太阳系中最热的行星。近日行星的数据表明，天文冰期理论得到精准的认证（近日行星公转轨道偏心率大时，大气稀薄，表面温度低）。

近日行星的大气密度与其轨道偏心率成反比，因此，近日行星中轨道偏心率大的行星大气散失比较多，大气非常稀薄。大气层可以保持地表的气温，大气的流失降低地表气温，这是10万年冰期周期与地球轨道偏心率10万年变化周期对应的原因，地球轨道偏心率变化范围为0.017~0.067，在偏心率极大值对应冰期的出现。

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根据米兰科维奇循环的天文冰期理论：火星目前处于轨道偏心率较大的大冰期时期，地球处于轨道偏心率较小的间冰期时期，金星处于轨道偏心率最小的极热期时期。

轨道偏心率较大的行星向太阳靠近时产生的大气丢失，是冰期产生的根本原因。大气稀薄不仅是气温低的原因，也是与冰期伴随的生物灭绝的原因。而地球公转轨道偏心率变化周期为10万年和41.3万年等，于0.005至0.058之间变化（见米兰科维奇循环）。

在八大行星中金星的轨道最接近圆形，偏心率最小，仅为0.006811。火星和地球10万年后也有可能变为金星目前状态，目前没有成为金星目前状态的可能。

火星的轨道偏心率最大，为0.093，地球的偏心率为0.017，金星的偏心率最小为0.007。在10万年的周期内，地球既不能变为金星，也不能变为火星，地球上的生命也不会完全灭绝。

地球史上的五次生物大灭绝

据科学家探索发现，其实我们所居住和生活的地球已经经历过五次生物大灭绝。

冰期加大气稀薄模式

第一次物种大灭绝发生在4亿4千万年前的奥陶纪末期，由于当时地球气候变冷和海平面下降，生活在水体的各种不同的无脊椎动物便荡然无存。

在距今4.4亿年前的奥陶纪末期，发生地球史上第一次物种灭绝事件，约85%的物种灭亡。古生物学家认为这次物种灭绝是由全球气候变冷造成的。在大约4.4亿年前，撒哈拉所在的陆地曾经位于南极，当陆地汇集在极点附近时，容易造成厚的积冰——奥陶纪正是如此。大片的冰川使洋流和大气环流变冷，整个地球的温度下降，冰川锁住水，海平面降低，原先丰富的沿海生态系统被破坏，导致85%的物种灭绝。

第二次大灭绝发生在3.75亿年前，也就是过了不到1亿年，这次灭绝了一半的海洋生物。海洋生物诡异般地大规模消失了，相比之下，陆地生物却几乎毫发无损。

第二次物种大灭绝发生在泥盆纪晚期，其原因也是地球气候变冷和海洋退却。在公元前约3.65亿年的泥盆纪后期，历经两个高峰，中间间隔100万年，发生地球史上第二次物种灭绝事件，海洋生物遭到重创。

这两次生物大灭绝的原因除了大冰期外，还与地球公转轨道偏心率极大值造成的大气稀薄有关（冰期加大气稀薄模式）。

超级火山加大气浓密模式

第三次大灭绝发生在2.51亿年前，相对于前一次大灭绝，这次也是又过了1亿年，也是史上已知规模最大的一次生物灭绝事件，这一次有70%的陆地生物灭绝了，96%的海洋生物灭绝了。科学家认为，灭绝原因比较复杂，可能是由于火山大规模喷发制造了大量的酸性颗粒和温室气体，不仅妨碍植物的光合作用，还推动全球气温急剧上升。与西伯利亚暗色岩喷发有关，还与地球公转轨道偏心率极小值造成的大气浓密有关（超级火山加大气浓密模式）。

第四次灭绝发生在2亿年前，和第三次时间只差了5000万年。这一次有50%的物种灭绝了，原因不明，但为恐龙成为地球上生物链的霸主扫清了障碍。

第五次大灭绝相信大家都不陌生，在6500万年前，一颗小行星撞击了尤卡坦半岛，大量灰尘进入大气层，在随后的1年时间内都是遮天蔽日，日照量锐减令植物大批死亡，随着生态系统瓦解，75%的物种惨遭灭绝，其中就包括恐龙。与印度大陆德干暗色岩暗色岩喷发有关，还与地球公转轨道偏心率极小值造成的大气浓密有关（超级火山加大气浓密模式）。一系列的灾难最终导致全球约17%的科、50%的属、75%的物种灭绝，灭绝事件的规模在5次大灭绝事件中排名第2。

行星轨道偏心率控制温室气体

      谁控制了行星的温室效应？是太阳风和行星轨道偏心率。当代科学研究一致相信温室效应控制了行星的冷暖，但是，太阳风和行星轨道偏心率对行星温室气体（包括水蒸气、二氧化碳和甲烷）具有定时清除作用。这是10万年天文周期形成冰期的原因。

       我们在2006年发现，水星、火星、地球、金星的轨道偏心率分别为0.206、0.093、0.017、0.007，大气浓度分别为极其稀薄、稀薄、标准、浓密。两者成反比的原因是，较大的轨道偏心率使行星在接近太阳时像彗星一样丢失一部分大气。地球轨道偏心率在冰期时增大为0.0607，使大气浓度和二氧化碳浓度变低，降低了对地球表面的保温作用，导致10万年周期致冷作用的增强。由于地球轨道偏心率10万年周期项振幅不到近日点进动2万年周期项振幅的一半，其引起10万年冰期周期的作用受到质疑。大气浓度变化、地壳均衡运动和强潮汐变化三种作用能增强10万年周期作用，给出10万年冰期周期的合理解释。

       在第四纪大冰期，地球轨道偏心率在0.0005和0.0607之间变动，导致冰期10万年周期的发生。下一次地球轨道偏心率的极大值将继续清除温室气体，准确迎来下一次冰期。

       地球轨道偏心率的极大值不仅具有10万年和40万年周期，而且具有2.5亿年周期。地球仍处于第四纪大冰期，与中生代的温暖期相距甚远，全球变暖不会形成类似中生代的灾难。

       对于轨道偏心率最小且有微弱磁场的金星而言，较轻的氢和氧被太阳风吹走，较重的二氧化碳被留在表层，这是金星有浓密大气、高浓度温室气体和高温的原因。

表1  地球自转周期、地质旋回和地磁极性倒转（SteinerJ,1967; 杨学祥等，1998；杨冬红等，2013）

参考文献

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