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2017年8月20日星期日

地球上所有生命如何會被消滅?足夠"熱"就可以

生命是頑強的,地球上的生命更是無處不在,要想消滅地球上的所有生命並不容易。3名天體物理學家認為,即使小行星撞擊和恒星爆炸這樣的宇宙天啟事件,也不太可能將地球上的所有生命完全抹去。在其他星球上是否能找到生命,可能取決於兩個問題的答案。

第一,生命已經誕生了多長時間?第二,當生命出現後,它有多大可能延續下來而不被徹底消滅?第一個問題很難找到答案,特別是我們本身就生活在生命繁衍不熄的星球上。而第二個問題的答案可能更容易找到,至少對地球來說如此,3名天體物理學家給出自己的觀點。

在名為"生命對天體物理事件應變能力(The Resilience of Life to Astrophysical Events)"的論文中,牛津大學的大衛·斯隆(David Sloan)、拉斐爾·艾爾維斯·巴蒂斯塔(Rafael Alves Batista)與哈佛大學的艾維·羅卜(Avi Loeb)估算了太空災難(比如小行星撞地球)導致地球生命毀滅的可能性。令人感到欣慰的是,他們認為這這種可能性是非常低的,大約在10億年的時間跨度中為一千萬分之一。

斯隆說:"我們得出的結論是,生命一旦出現就很難根除。"換句話說,即使巨大太空岩石撞擊地球或恒星爆炸,生命也能找到出路。很明顯,斯隆等人並不擔心人類的命運。用羅卜的話說,雖然人類這種有血有肉的脆弱物種,很容易在氣候變化或不良政治影響中死亡。他們想知道怎樣才能消滅地球上所有的生命。而要做到這一點,他們將目光對準了世界上生命力最頑強的動物——緩步動物(Tardigrades)。

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號稱生命最頑強的緩步動物

緩步動物也被稱為水熊,它們體型很小,就像有8條腿、生活在水中的動物。它們擁有古怪可愛的曳行步態(shuffling gait)、圓胖的身體以及撅起的嘴巴。水熊擁有超強的快速恢複能力。在有壓力的環境中,它們可以排除體內所有的水,進入萎縮的休眠狀態。就像我以前寫過的那樣,在這種情況下,水熊不需要食物和水。

水熊可以在接近絕對零度的低溫和高達151攝氏度的高溫中忍受數分鍾,能夠抵禦海洋深處的壓力,能殺死其他動物的輻射,以及在有毒的溶劑中沐浴。到目前為止,水熊是唯一暴露在真空環境中而活下來的動物。如果你想知道它如何消滅世界上的所有生命,你需要知道如何殺死緩步動物。

具有諷刺意味的是,一根手指就可以輕鬆勝任這樣的工作。曾有科學家告訴我,緩步動物對"機械損傷"的防護非常脆弱,這意味著你可以擠壓死它們。但是假設沒有這樣直接的物理傷害,還有其他方式會導致它們死亡嗎?斯隆、巴蒂斯塔以及羅卜考慮到三大可能的殺手:小行星撞擊,這種天文事件曾導致恐龍滅絕;附近的恒星發生爆炸變成超新星以及伽瑪射線爆發,遙遠的恒星噴發出高能射線。

在小行星撞擊的情況下,任何直接被太空岩石撞擊的物體顯然都會處於絕對糟糕的狀態。而碰撞也會產生大量的灰塵,從而阻擋太陽光線,導致全球進入冰河時代。超新星和伽馬射線爆發都會以類似的方式殺死生命,它們會釋放出強烈的輻射。這些輻射會破壞臭氧層,使更多的輻射到達地表。它們會把大氣中的氮和氧轉化成一氧化二氮,從而形成酸雨和阻擋太陽光線的煙霧。

對於人類和那些生活在陸地上的生命來說,上述情況都是最糟糕的消息。但也有許多物種(包括許多緩步動物)生活在地下或海洋深處,它們會借助土壤或水避免受到傷害。它們可以在沒有陽光的情況下存活下來,海洋酸化也不足以殺死它們。你可以輻射它們,但是這些動物對輻射的抵抗能力異常強大,且輻射也會被土壤或水削弱。斯隆、巴蒂斯塔以及羅卜計算發現,能夠殺死海底緩步動物的輻射量也會引起海洋沸騰,那會引發更緊迫的問題。在輻射發揮作用之前,高溫就會殺死它們。

因此,要想消滅世界上的所有生命,隻需要有足夠高的熱度即可。那麼天文災難能給我們的藍色星球提供足夠的能量,使它的水溫提高到100攝氏度以上嗎?重量超過1.7萬億噸的小行星撞擊地球可能產生類似效果,但是這種重量的小型是導致恐龍滅絕的小行星的10到1000倍重。在我們的太陽係中,隻有19個已知的小行星足夠大(當然還有幾個矮行星,比如冥王星),但它們的軌道並不與地球交彙。在太陽係外,被這種可終結生命的怪物撞擊的可能性在10億年時間跨度中大約為十萬分之一。

超新星和伽馬射線暴發都可釋放出導致海洋沸騰的能量,但是這些能量會隨著距離延伸而損耗。要想消滅所有緩步動物,超新星需要在地球附近0.13光年距離內。而離我們最近的恒星——比鄰星(Proxima Centauri)也有4.25光年的距離,而且它的體積太小,不足以成為超新星。即使它會成為超新星,也隻會促使海洋溫度上升0.1攝氏度。

所有這些計算都是以地球為基礎的,而並非隻有我們處於恒星爆炸的安全距離外。巴蒂斯塔創造了模擬銀河係中恒星密度的模型,事實上中心星係中的恒星密度更大。但即使在那裏,也隻有1%的行星最終會被爆炸的恒星所毀滅。伽瑪射線爆發也不太可能徹底滅絕生命。根據它們發生的頻率,它們毀滅行星的幾率在十億年時間跨度中為100億分之一。

最終,太陽會膨脹,並可能將地球吞沒,但在此之前,地球會出現坍塌,並觸發永久冰凍。羅卜說:"太陽末日也會終結地球上的所有生命,但在那之前,任何天體物理現象幾乎都無法做到。在太陽的壽命結束之前,緩步動物有可能繼續生存下去。"緩步動物並非生命最頑強的動物,如果它們能生存下來,微生物也可能成功。

在地球曆史上,至少已經曆了五次大規模滅絕事件,絕大多數活著的物種永遠地消失了,但是有些生命最終在被遺忘中幸存下來。即使在麵對更大的災難時,斯隆、巴蒂斯塔以及羅卜都認為,生命仍然以某種形式堅持下來。西南研究所的克拉克·查普曼(Clark Chapman)讚同他們的結論,他說:"人類文明麵臨的滅絕危險實際上很小。幾乎可以肯定,地球生命在數十億年內不會滅絕。"

不過,查普曼也指出,當前的情況可能與太陽係的過去不同。當體積更大的小行星和彗星撞擊可能存在生命的行星時,可能導致生命滅絕。"以地球為例,其誕生之初可能遭到與火星體積相當的天體撞擊,從而產生月亮。

此外,查普曼還說,沒有人知道其他行星上的生命進化是否會像地球上這樣,那裏會產生能夠忍受極端環境、類似緩步動物的生命嗎?這些生物能找到類似深海這樣的安全避難所嗎?他說:"很多有關太陽係外星球生命進化和生存能力的猜測,存在太多投機因素。"

斯隆承認,他和同事們在研究過程中做了許多假設。但是當科學家們想到地球以外的生命時,他們就忍不住把地球上的生命作為起點。斯隆現在對找到這樣的生命感到更加樂觀了。在過去的幾十年裏,天文學家們發現了數千顆係外行星。有些係外行星體積與地球相當,軌道位於所在恒星的宜居區,即能夠獲得足夠的熱量,同時又不太熱。這些行星上是否存在生命依然是個懸而未決的問題。但斯隆表示:"如果生命真的在銀河係的其他地方誕生,我們應該期待它們仍然存在。"

譯者|小小

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