大爆炸-宇宙通史-第11章
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侠。
岩质行星
如果气态巨行星向内侧的迁移是很平常的话，我们探测到岩质的类地行星的机会将大大减少。即使它们在某个太阳系的历史早期形成，也很容易因一个木星大小的行星从附近经过而被带离轨道或者破坏掉。地球的存在似乎取决于木星保持在了它所形成的位置上，其原因尚不清楚。实际上在我们写这本书时，在大多数探测到的太阳系中，在我们预计存在岩质“地球”的位置上是一个气态巨行星。应当承认我们的技术有利于探测离恒星较近的大型行星。而进一步观测可能说明我们的太阳系终究一点也不特殊。这是一个基础问题，我们在接下来的10年中将有能力解答这一问题，直接寻找其他“地球”的任务已经在计划中。
有些时候观测者从地球上可以幸运地看到一颗行星从它所环绕的恒星前面横穿而过。在我们自己的太阳系中可以看到水星凌日和更为罕见的金星凌日。最近一次金星凌日发生在2004年，下一次在2012年。在此后要经过一个多世纪才会发生另一组2次凌日。那些太阳系外行星所绕转的恒星都很遥远，我们无法看出视面。所以当行星从恒星前经过时，它会将恒星的光部分地遮挡住，这样我们所观察到的是恒星的亮度略微变暗。这种方法可以实现大尺度的巡查，每晚可以观测成千上万颗星。而亮度上任何可疑的小下降都会被跟踪。这类天文观测将不再纯粹是职业天文学家的工作，这种行星环绕恒星的迹象也能被业余天文学家捕捉到。实际上令人兴奋的是，业余天文学家们已经因为共同发现了一些太阳系外行星而建立了声誉。
现在我们已经知道了170多个环绕其他恒星的太阳系外行星，几乎所有都是通过各种间接方法发现的。其中最成功的方法涉及探测行星的母恒星而非行星自身。尽管就像在我们太阳系中那样，太阳包含了多于99％的总质量，中央恒星的质量比行星大得多，但行星对恒星的引力作用仍会产生效应，使恒星在空间中的运动发生摇摆。这个摇摆虽极为微小，但通过仔细的观测仍能测量出来。通过这种方式可以确定行星的存在。而行星的质量越大，摇摆就越大。
暗棕矮星
即便最冷的棕矮星也和一颗行星有本质的区别。一颗真正的恒星的质量必须至少为太阳的8％，即木星质量的75倍。低于此值则无法引发核反应，因为核心的温度不够高。由于棕矮星如此暗淡不易发现，因此直到1995年才作出了第一个证认。但现在已经确认了许多。大部分都与普通恒星相关联，可能因为这比孤立的矮星更容易被发现。现在已知最暗的棕矮星是Gliese570D，距离19光年。它的表面温度仅为480℃，只比日常用的炉子的温度略高。它环绕一个三合星系统运动，其直径大致与木星相当，但质量要大50倍。过重的质量使之难以被归类为行星；另一方面，它也无法被归于真正的恒星类，因为在大气中发现了锂的踪迹，而锂是无法在普通恒星的温度下存在的，它会被分解。矮星至少会发光，尽管很微弱。而行星则完全依赖于反射其主恒星的光芒。
有一族孤立的棕矮星不与任何恒星相关联，它们可能数量众多，但其起源尚存争议。这些孤立的天体也曾被称为“流浪行星”，经由引力作用被抛出了它们所形成于其中的系统，但似乎这种方式并不能产生所需的足够数量。
持续增长的太阳系外行星的清单，使我们愈发确信类地行星在宇宙星系中是很平常的，至少在单恒星附近是这样。对于双星系统，一颗小的行星难于维持很长时间不被抛出去，然而我们至少知道一个例外，就是在一个三合星系统中探测到了一颗大型行星在围绕着一颗类日恒星运动。
这些奇特而美妙的行星系统世界是多么地迷人，而我们显然对一种特定类型的太阳系包含一颗小型岩质而湿润的行星的太阳系含有特别的兴趣。现在让我们把焦点集中到新近形成的我们自己的行星地球上。
第五章 生命的诞生 大爆炸后92亿年到现在
章序
大约在46亿年前，地球诞生了，此时它处于熔融状态。在它的表面还没冷却下来的时候，发生了一件猛烈的事件，月球因之而生。目前被广泛接受的理论认为，这是源起于一次超级大碰撞：一个大小很可能与火星相似的星体和地球的碰撞。两个星球并合在了一起，四散的碎片残骸形成了月球。月球的密度比地球低的事实表明，这两个天体的实际核心并没有卷入到月球形成的过程中去，而是合并成了地球现在的核心。
月球的角色
我们的月亮看上去是独一无二的，而且在地球生命的演化过程中扮演着举足轻重的角色。月球使得地球的自转轴倾角（现在是23。5度）稳定下来，使它的变化不超过1度。如果没有月亮，这个倾角将发生显着改变，地球上的气候环境也将大不一样。与没有类似的天然卫星的火星（它的两颗卫星：福博斯和德莫斯都太小了，它们的影响几乎可以忽略不计）相比，由于没有这种稳定力的作用，火星的自转轴以大约100000年的周期在11度到35度之间变化。生命的演化依赖于长期稳定的气候。如果地球的自转轴在较短的时间内发生剧烈变化，这种稳定性将丧失，我们所熟悉的生命就不会演化出来。看来我们要向月球表示由衷的感谢，正是它使我们的存在成为可能。
月球对地球造成的最明显的影响是潮汐现象。潮汐摩擦使得地球的自转变慢，而且这个过程至今仍在持续。它导致的另一个重要的结果是使得地球和月球之间的距离变大，它们间的距离每年增大4厘米。
不难想象，地球也对月球产生类似的效应，而且地球的质量是月球的80倍，因此它的影响应该更大。很久以前，月球的自转就因为潮汐摩擦而变慢，直到变成被“俘获”的状态，或称为“同步自转”，意思是说它的自转周期精确等于公转周期。结果就是月球总是以同一面朝向地球。请务必记住，虽然月球总是以同一面对着我们，但它并不总以同一面朝向太阳，认为月球的背面总是暗无天日的想法是完全错误的。事实是在月球的背面将永远看不到地球，但月球两面的昼夜情况是完全一样的。
月球的自转速率很快就变成了一个常数，但是它在绕地球的轨道上的公转速度并不是固定不变的。根据太阳系里的普遍公转规律，月球在“近地点”（即它与地球最接近的那一点）时公转速度最快，在别处则要慢一些。因此，它在轨道上的位置和自转过的角度也不是完全一致的。结果，从地球上看，月球看上去在轻微地来回摆动。有时候我们能看到西部边缘更多一点的区域，有时又能看到东部边缘更多的区域。这种效应与其他一些更轻微的小“天平动”（即这种摆动的天文专业术语）叠加在一起导致的总效果就是，我们从地球上能看到月球总表面的59％，当然在同一时刻最多只能看到50％。只有41％的月表是我们无法看到的。
我们的行星生命的摇篮
最初，地球处于熔融状态，这对生命而言实在是太热了。在大约5亿年的时间里，它逐渐冷却下来，形成了一个固体外壳。原初的大气中绝大部分都是氢气，但这种状况并不持久。能量稍高的原子很快就逃逸到宇宙空间中了，因为当时（现在也是）地球的引力太弱而不足以束缚它们。甚至很可能在某个时期，地球上根本没有大气，但这种状况也发生了变化。其时的火山活动很可能活跃得多也猛烈得多，来自核心深处的爆发很快就释放出了足量的气体，形成了一层新的大气。当然，这层大气与现在也很不一样，最明显的区别就是它缺少氧气。然而随着大气中的水汽开始冷凝，随之而来的地球进入所谓“暴雨”（Great Rains）时代，它的持续时间很长，雨水足以将低洼区域填满，形成最早的海洋。
地球形成时，也曾一度被残余的物质不停地“暴轰”。当我们观测月球时，能发现明显的证据，遍布其上的环形山就是在这一时期的撞击中产生的。当然，地球也经受了同样的撞击，但是它的绝大多数“伤痕”都被侵蚀掉了。值得指出的是，如果不是这种结构上的持续变化平原相撞挤压出高山，今天的地球将是一个完全被水覆盖着的平整球体。地质变化的驱动力来自地心深处铀和其他不稳定重元素的衰变。正如我们已经看到的那样，这些重元素必定来自前代恒星的灾难性死亡。因此，适于生命出现的舞台能被搭建起来，许多发生在宇宙远处的天文事件是功不可没的。
生命的出现比通常认为的时间要早得多。最早能自我复制的生物体很有可能是在大约43亿年前出现的。生命的最早证据（来自第一代显然非常原始的有机体），就是大气中氧气比例的显着上升。相当数量的氧气的存在，是生命存在的不可辩驳的信号，这一事实让那些有志于在其他恒星周围寻找地球大小的行星的天文学家们看到了希望。尽管星际旅行或许只是天方夜谭，但我们完全有可能看到遥远星球的生命信号。迄今为止，最古老的生命遗迹是在格陵兰西部阿卡利亚岛（Akilia）上远古时期的岩石中发现的，距今已有38亿年。
生命起源的确切过程仍然不清楚，和众所周知的创世神话相反，现在还没人能在实验室里较为接近地重复这个壮举。理论认为（未经证实）化学反应是被诸如闪电和太阳的短波辐射等过程产生的能量激发的。随着时间流逝，越来越多的复杂分子被制造出来，直到最后出现了可以自我复制的分子。自我复制的能力，或繁殖的能力，是我们所谓的“生命”的基础。繁殖过程并不完美，每一代都可能发生随机的变化复制过程中的误差。有些随机的“突变”（生物学上的术语）更加成功，比其他的变异存活得更长或者更易于繁殖，因此更有可能形成下一代，这种差异微小的形体之间的竞争就是进化论的核心要义。从那些原始可复制物质（仅仅是些复杂分子）演变出我们身边这些不计其数的生物的过程开始了，漫长而又神奇。
已知的最早的化石是细菌化石。这些有机体很可能存活于当时地球上的热海洋中。我们对它们的年龄测定满怀信心，因为地质学方法能告诉我们保存了这些原始有机体残骸的岩石的年龄。在这一时期的岩石中，我们也找到了所谓的“叠层石”，即由蓝绿色的藻类构成的岩石状结构，也被称为“蓝细菌”（或蓝藻）。蓝藻可以追溯到35亿年前，并且令人吃惊的是，有些类型至今仍然存活，例如澳大利亚领地的北部区域就以此着称。在地球的早期历史中，蓝藻在制造游离氧原子中扮演了举足轻重的角色，这一过程启动了制造适于呼吸的大气的进程。
我们已经发现生命具有极其丰富的多样性，有些生命形式的适应能力令人惊异，能在最严酷的环境中存活。例如，最早的生命可能出现的地方之一是在酷热的地壳裂缝口周围，也就是通常所说的黑烟口（black smoker）。其实就是海底的裂缝，炽热的酸液从下面涌出，由于恶臭的东西通常是黑色的，这一别名因此而来。从这些裂缝（至少在海平面下1英里处）涌出的酸水温度，可能高达400℃
