科學人新聞

金星末日說

2020-09-01 霍爾(Shannon Hall)
太陽系的第二顆行星如何由適居轉變為嚴酷的環境?


2016年美國航太總署(NASA)哥達德太空研究所的韋(Michael Way)與同事應用第一個金星三維氣候模型,顯示金星可能曾經擁有溫和的環境,具備液態水形成的廣大海洋,而這也是我們已知生命存在的關鍵。最近韋與哥達德太空研究所的傑尼歐(Anthony Del Genio)使用了更複雜的資料,結合多種地形與不同日照量,發展出一種金星演化的架構。該研究發表於今年5月《地球物理研究期刊:行星》(Journal of Geophysical Research: Planets),說明金星在形成最初30億年為何是適居環境,後來才轉變為現在的熾熱地獄。


許多科學家曾假設金星從形成以來就極為乾枯,從未有液態水。約45億年前太陽系形成以來,這顆距太陽第二近的行星,接收的陽光就足以使大氣中所有的水逸散到太空,而輻射也使這顆行星不像地球一樣能夠有生命形成。韋表示,如果沒有任何緩解氣候變化的因素存在,「金星不會有任何生命。」他和傑尼歐認為,緩解因素可能是金星在演化早期形成了一朵超大的雲,使金星冷卻。


地球自轉一周約為24小時,而金星自轉一周是243個地球日,與繞行太陽公轉一周的時間(225個地球日)相近,因此金星的一面常曝曬在陽光下,另一面則是漫長的黑暗。厚重的大氣層可以輕易使日照面的熱循環到夜晚那面,讓金星維持高溫。但在韋與傑尼歐的模型中,日照面有巨大的雲做為屏障、反射陽光,因此溫度降低至足以保存液態水。


許多研究人員思索過金星曾經適合生物居住,但新模型進一步展示金星如何轉變為現在的高溫環境,而且捨棄傳統想法。行星科學研究所天文生物學家格林史本(David Grinspoon)在2016年的研究中與韋合作,但並未參與這項新研究,他評論:「我們述說一個關於金星的故事,在天文學概論的課堂上這麼教,也寫在書裡。結果這個故事是錯的。」原有的想法認為,太陽亮度緩慢增加,造成金星溫度上升,因而無法維持穩定的海洋。也就是說,所謂適居帶(具有液態水、能創造適合生命存活環境的軌道區域)的內緣向外擴展,超過了太陽系的第二顆行星。但是韋與傑尼歐的模型認為,如果雲持續覆蓋,就可以提供足夠的遮蔭,使金星表面的液態水維持到現在,只是有其他原因使金星現在的狀態並非如此。


他們提出金星環境劇烈轉變的過程,可藉由檢視年輕地球來理解。大約在2億5000萬年前,地球的地殼產生很深的裂痕,岩漿溢出到地表,噴出到大氣的二氧化碳足以造成96%的海洋生物與70%的陸地生物死亡,是地球史上最大的大滅絕事件。這些火山噴發事件在100萬年內產生了至少10萬立方公里的熔岩,留下稱為大火成岩區(large igneous provinces)的沉積物。未參與該研究的北卡羅來納州立大學行星地質學家柏恩(Paul Byrne)評論:「我們在討論的是,短期內噴發的岩漿量改變了地球初始的形成狀態。」


劇烈火山噴發多次撼動地球,造成大滅絕事件,所幸這些火山不曾同時爆發,韋表示:「這對地球生命來說是幸運的。」但是科學家看不出有任何理由讓火山不會同時劇烈噴發,研究人員表示,如果多重噴發發生在金星上,釋出到大氣的二氧化碳足以使這顆行星進入世界末日般的溫室效應狀態。


這是個具吸引力的假設,柏恩表示:「這是淒美的悲劇,有個和我們很像的行星滅亡了。我非常希望有一天我們可以登陸金星,並且在金星生態系的淺海找到化石。」但他強調,並未有直接證據支持這個假設。


該篇論文指出,大規模的火山活動會持續使金星表面佈滿火成岩,呈現出目前的模樣。但未參與該研究的明尼蘇達大學杜魯斯分校地質學家韓森(Vicki Hansen)評論,1990年代早期繞行金星的麥哲倫號太空探測船測量結果,並不支持是一場災難事件重塑了金星表面,她說:「如果檢視數據,這個假設違背常理。」根據她的團隊分析,「我們可以辨識出金星演化的三個時期,如果災難真的重塑了金星地表,我們就不可能辨識出金星演化時期,因為那將會抹去所有早期歷史。」


毫無疑問,這是個有爭議的假設。確實有一些科學家仍在爭論金星從未適合發展生命......


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