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今天的地球,是宇宙中生命的天堂。不过,地球的环境并非一直是这样的,在四十几亿年前的时候,这颗星球简直就是地狱。
那个时候,地球的温度比今天高得多,而且空气里几乎没有氧气,反而充斥着有毒的气体。不仅如此,即使是头顶上的太阳,也是生命的杀手。和其他所有恒星一样,太阳在年轻的时候也非常狂躁,强大的辐射足以让地球生物丧命。
虽然那个时候本就没有生命,但是如果当时的辐射没有得到有效的抵御,地球今天同样不会有人类。强大的太阳辐射足以将地球大气中的分子吹走,导致地球失去所有的大气,未来就不可能孕育生命了。
好在,我们的地球有一个强大的护盾,那就是磁场。同时,在四十亿年前那种强大的太阳辐射中,我们的地球大气层能够幸存下来,还应该感谢另外一个护盾——月球。最近,美国宇航局领导的一项研究在《科学进展》杂志上发表论文指出:如果不是月球,今天的地球恐怕不会有生命存在。
NASA首席科学家JimGreen是本次研究的主要作者,他向我们介绍:“看起来,月球曾经为地球提供了一个强大的护盾,抵御着太阳风的伤害,这对于地球在当时维持自己的大气层起到了决定性性作用。我们期待着NASA在阿尔忒弥斯计划中送到月球表面的宇航员能够有所发现,并将重要的月球南极样本带回来。”
根据目前的理论,月球的形成是来自于45亿年前。科学家认为,当时有一颗和火星差不多的行星——忒伊亚撞上了刚刚形成不到1亿年的地球。撞击产生的碎片一部分落回到地球表面,另一部分在太空中通过引力凝聚在一起,形成了月球。
月球的出现,给地球带来了命运的转折。在那个时候,地球的自转速度极快,每一天只有5个小时。而月球的出现延缓了地球的自转速度,并且随着月球的距离越来越远,在角动量守恒的原理下,地球的自转速度也越来越慢。大约40亿年前的时候,月球距离地球只有差不多13万公里,现在平均是38.4万公里,并且仍然以每年3.8厘米的速度远离我们。在这个过程中,月球也被地球潮汐锁定,只有一面能够朝向地球。
月球对于地球的影响远不止于此,甚至可以说,如果没有月球,地球今天可能也是没有任何生命的死亡行星。月球保护地球生物的关键,就是我们从未见过,却可能存在过的月球磁场。
科学家认为,地球的磁场来自于地核里熔融的铁和镍等金属物质,它们在流动过程中会产生电流,并通过电生磁原理形成了地磁场。
随着阿波罗计划等探月计划的展开,科学家发现月球也曾经有过磁场。在刚刚形成的时候,月球也是非常热的,内部的铁和镍也会呈熔融状态,因此,月球的磁场也是可以理解的。但是,由于月球和它的核心都比地球小得多,所以冷却得更快一些。随着内核的温度降到熔点附近,铁和镍不再流动,月球的磁场也就消失了。
Green形象地比喻说:“这就像烤蛋糕一样,一旦你把它拿出来,它就会开始降温。质量越大,降温的时间也就越久。”
巧的是,月球磁场恰好就出现在地球最需要它的时候,那就是太阳年轻、暴躁的时期。
研究人员对40亿年前的地球和月球磁场进行了模拟,以观察二者在太阳系早期对于地月系所产生的影响。结果显示,月球磁场的存在就像是地球的一个盾牌,在很大程度上抵御了太阳的强烈辐射。
同时,地球和月球的磁场还能够形成组合,就像《神雕侠侣》里杨过和小龙女的双剑合璧一样,起到1+1>2的效果。两个磁场会在彼此两极的区域耦合,形成更加强大的磁场,即使是那个时候狂暴的太阳辐射也无法突破。对于地球大气层来说,这是救命的稻草。甚至在距今35-41亿年前,两颗星球的磁场还有过一段连在一起的时期,双方共享着同一个磁场。
在这个过程中,极强的太阳紫外线辐射还是会产生一些效果,它会导致地球大气层中中性粒子的电子被剥离,剩余的粒子因此而带电,于是随着磁场线方向来到月球,给早期的月球提供了一个稀薄的大气层。此前科学家曾经在月球的岩石样本中发现了一些氮气存在的证据,而地球大气层本就以氮气为主,因此这也是科学家提出这个猜测的根据之一。
大约在距今32亿年前,在月球内核逐渐冷却的前提下,月球磁场也开始逐渐衰弱。大约在距今15亿年的时候,月球磁场就彻底消失了。没有了磁场的保护,月球大气层也就失去了屏障,被太阳风一点点剥离,只留下了光秃秃的星球。除了月球之外,今天的火星也是因此而几乎失去了全部大气。
(图片说明:如今地球依然时刻受到地磁场的保护,而月球却已经失去了它的磁场)
美国宇航局副首席科学家DavidDraper是本次研究的参与者之一,他指出:“了解月球磁场的历史不仅有助于我们了解它可能存在的早期大气层,也对了解月球内部的演化过程有所帮助。它能告诉我们月球核心曾经是什么样的,也许是液态和固态金属的混合物,总之这是月球内部演化机制的重要拼图。”
更重要的是,这一次的发现再一次暗示我们:一颗足够大的卫星对于行星的宜居程度可能起到了至关重要的作用。在此之前,我们认为月球凭借着自己庞大的身躯,为地球挡住了无数次小天体的撞击,这也为地球生物营造了一个相对稳定的生存环境。
如今的研究告诉我们,卫星的磁场同样是保护行星生物的关键。任何恒星在形成的初期,都会非常狂暴,有着极其强烈的辐射。如果行星的磁场比较单薄,那么就必须有卫星的磁场加以辅助,否则就会被宿主恒星剥去大气层,未来也无法支持生命的出现。
因此,在未来,如果我们希望在系外行星上寻找其他生命存在的证据,或许更应该把重点放在有巨大卫星的行星上。虽然我们不敢下定论,但在这样的行星上寻找地外生命,至少概率会高一些吧。