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圖片來源：Pixabay

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撰文 | Toby Tyrrell

翻譯 | 張乃欣

審校 | 曾小歡

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因此，想要弄清楚我們?yōu)楹文軌蛟诘厍蛏仙?，就需要探究地球在幾十億年間是如何保持宜居的。

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這并不是什么小事。當(dāng)前的全球變暖告訴我們，氣候可以在短短幾個(gè)世紀(jì)里發(fā)生巨大的變化。在地質(zhì)時(shí)間尺度上，氣候的變化會(huì)更加容易。計(jì)算結(jié)果顯示，在未來幾百萬年內(nèi)，地球氣候可能會(huì)趨于惡化，地球氣溫會(huì)變得低于冰點(diǎn)或超過沸點(diǎn)。

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依據(jù)目前的觀點(diǎn)，太陽的亮度相較于生命進(jìn)化之初已提高了30%。按理來說，當(dāng)時(shí)的地球并沒有普遍結(jié)冰，那么到現(xiàn)在地球上的海水應(yīng)該已經(jīng)被燒干，但事實(shí)卻并非如此——這就是黯淡太陽悖論（faint young Sun paradox）。但不管怎樣，我們已經(jīng)解開了這個(gè)宜居性的謎團(tuán)。

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科學(xué)家們提出了兩個(gè)主要理論。第一個(gè)認(rèn)為地球可能擁有類似于恒溫器的功能，即擁有一種（或多種）預(yù)防地球氣溫滑向極值的反饋機(jī)制。第二個(gè)理論認(rèn)為，地球可能就是從眾多星球中幸運(yùn)的一顆，走到今天全憑運(yùn)氣。隨著近幾十年對太陽系以外的許多行星（即系外行星）的發(fā)現(xiàn)，第二個(gè)理論變得越來越合理。對于遙遠(yuǎn)恒星的天文觀測顯示，這些恒星大多都有行星環(huán)繞，其中一部分行星擁有合適的大小、密度和軌道距離，其表面的溫度在理論上適合生命存活?？茖W(xué)家們估計(jì)，單單銀河系至少就有20億個(gè)類似的候選行星。

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科學(xué)家們很樂意前往這些系外行星，以考察它們是否和地球一樣，能保持幾十億年的氣候穩(wěn)定。但就算是離我們最近的系外行星（圍繞比鄰星運(yùn)行的行星）也在4光年之外，因此很難獲得觀測和實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

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圖片來源：Pixabay

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于是我通過建模探究了相同的問題。通過利用電腦程序模擬一般行星（不只是地球）氣候演變的過程，我生成了10萬顆隨機(jī)具有不同氣候反饋的行星。氣候反饋過程（Climate feedbacks）可以增強(qiáng)或減弱氣候變化，以北極的海冰融化為例，吸收陽光的海水會(huì)逐漸取代反射陽光的海冰，進(jìn)而加速海洋暖化和海冰融化。

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為了探究這些不同的星球在地質(zhì)時(shí)間尺度上保持宜居的可能性，我給它們各自設(shè)置了100次模擬。每次起始溫度都不同，經(jīng)歷的氣候事件也完全隨機(jī)。這些事件代表改變氣候的不同因素，比如超級火山爆發(fā)（類似皮納圖博火山噴發(fā)，但規(guī)模要大得多）和小行星撞擊（類似恐龍滅絕那次）。在這一百次模擬中，我們會(huì)追蹤各行星的溫度，直到它們變得過熱或過冷，或者還有一些星球堅(jiān)持了三十億年后，可能是孕育智慧生命的搖籃。

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這些模擬結(jié)果至少明確指出了氣候反饋和運(yùn)氣對行星宜居性的重要性。但是，極少行星（實(shí)際上十萬顆行星中只有一顆）具有如此強(qiáng)大的穩(wěn)定性反饋，能在100次隨機(jī)的氣候試驗(yàn)中始終保持宜居。

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實(shí)際上，大多數(shù)行星在100次模擬中至少有一次保持宜居，但極少數(shù)保持宜居的次數(shù)會(huì)超過10次。如果一個(gè)行星保持30億年的宜居狀態(tài)，也就是通過了模擬中幾乎每一個(gè)情況，一定程度上要?dú)w功于運(yùn)氣，但光有運(yùn)氣還不夠。一些設(shè)置沒有氣候反饋或隨機(jī)受氣候事件任意擺布的行星，一次都沒有成功過。

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模擬中的重復(fù)運(yùn)行并不完全相同：隨機(jī)生成1000顆行星，每顆運(yùn)行兩次。(a)第一次運(yùn)行結(jié)果，(b)第二次運(yùn)行結(jié)果。綠色代表成功（保持30億年宜居），黑色代表失敗。圖片來源：Toby Tyrrell

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氣候模擬結(jié)果顯示，行星的宜居性取決于反饋機(jī)制和運(yùn)氣的共同作用。這一結(jié)論具有可靠性，不受任何模型的影響。同時(shí)這一結(jié)果間接表明，地球需要具有一定的氣候穩(wěn)定反饋機(jī)制，但“好運(yùn)氣”是必不可少的。例如，假使撞擊地球的小行星或影響地球的太陽耀斑比原來的稍大一些，或者發(fā)生在不同（更加關(guān)鍵）的時(shí)間點(diǎn)，我們也可能將不復(fù)存在。這些研究，也為我們考慮一些問題提供了不同的視角，例如為何人類有機(jī)會(huì)回望地球非凡且極其漫長的生命史，看它不斷演化、繁榮并日趨復(fù)雜并最終進(jìn)化出人類。

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原文鏈接：

https://theconversation.com/earth-has-stayed-habitable-for-billions-of-years-exactly-how-lucky-did-we-get-153416

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