地球和金星

尽管金星和地球是所谓的姐妹行星，但它们就像天堂和地狱一样不同。地球是一个自然天堂，尽管多次大灭绝，生命仍在蔚蓝的天空下顽强地生存着。另一方面，金星是一颗炙热的行星，它的硫酸云和大气压力足以压扁一个人。

但姊妹行星不会消失，因为这两个世界的质量和半径都差不多，都是太阳系内的岩石行星，彼此相邻。为什么它们如此不同?这些差异对我们寻找生命有什么启示?

国际天文学界认识到，了解行星的可居住性是空间科学和天体生物学的关键部分。如果对类地行星和它们的大气层没有更深入的了解，不管它们是否适合居住，当我们研究一颗遥远的系外行星时，我们就不会真正知道我们所看到的是什么。如果我们发现一颗显示出生命迹象的系外行星，我们永远不会去拜访它，永远不会近距离研究它，也永远无法对它的大气进行采样。

这就把科学的焦点转移到了我们太阳系的类地行星上。不是因为它们看起来适合居住，而是因为一个完整的类地行星模型如果不包括那些近乎地狱般的行星，就不可能完整，比如姐妹金星。

《自然天文学》杂志最近的一项研究视角研究了这两颗行星是如何分离的，以及是什么导致了这种分离。它的标题是“金星作为行星宜居性的锚点”。

主要作者是Stephen Kane，来自加州大学河滨分校地球与行星科学系。他的合著者是来自圣路易斯华盛顿大学地球、环境和行星科学系的保罗·伯恩。

凯恩和伯恩写道:“行星科学和天体生物学界的一个主要焦点是了解行星的可居住性，包括控制地球等温带表面环境演变和可持续性的无数因素。”

“太阳系内为数不多的实质性类地行星大气是研究这些可居住因素的关键资源，从中可以构建模型，应用于太阳系外行星。”

该研究中的这张图展示了地球和金星之间一些主要的、基本的差异。来源:凯恩和伯恩，2024年

从他们的角度来看，我们太阳系的双胞胎为我们提供了最好的机会来研究类似的行星如何拥有如此不同的大气层。我们对这一点了解得越多，我们就越能理解岩石世界是如何随着时间的推移而演变的，以及不同的条件是如何有利于或限制可居住性的。

地球是个例外。由于其温和的气候和地表水，数十亿年来它一直适合居住，尽管有一些气候事件严重限制了生命。但当我们观察火星时，它似乎在一段时间内适合居住，然后失去了大气层和地表水。火星的情况肯定比地球更普遍。

在我们对系外行星的历史一无所知的情况下，理解它是一个巨大的挑战。我们只看到它的气候和大气历史的一个时期。对数千颗系外行星的发现有所帮助。

作者写道:“数千颗系外行星的发现，以及对类地行星是最常见类型的确认，为研究行星特性及其总体演化提供了一个统计框架。”

生物化学出现的性质范围很窄，而这些性质可能不会持久。我们需要确定这些属性及其参数，并更好地理解宜居性。从这个角度来看，金星是一个信息的宝库。

但金星是个挑战。除了雷达，我们无法透过浓密的云层看到东西，而且自20世纪80年代苏联以来，没有人尝试过在那里着陆航天器。大多数的尝试都失败了，那些幸存下来的也没能坚持多久。如果没有更好的数据，我们就无法了解金星的历史。简单的答案是它离太阳更近。但这太简单了，没有什么用。

凯恩和伯恩解释说:“金星进化到目前失控的温室状态的途径是一个有争议的问题，传统上认为这是因为它离太阳更近。”

但是，当科学家们仔细观察金星和地球时，他们发现除了它们与太阳的距离之外，它们之间还有许多根本的区别。它们有不同的旋转速率，它们有不同的倾角，它们有不同的磁场，举几个例子。这意味着我们无法测量更大的太阳日照对地球的精确影响。

这是作者的主要观点。地球和金星之间的差异使金星成为了解岩石系外行星可居住性的重要组成部分。他们写道:“因此，金星为我们提供了行星可居住性论述的关键锚点，因为它的进化故事代表了地球叙事的另一条道路——尽管两个世界的起源大概是相似的。”

作者指出，生命的基本条件是地表水。但更大的问题是，是什么因素决定了地表水能持续多久。他们写道:“通过这种方法，对行星可居住性的调查可以集中在允许地表液态水在地质时期持续存在的条件上。”

地球和金星处于岩石行星宜居性光谱的两端。这是我们可以从太阳系中学到的重要一课。出于这个原因，作者写道:“了解金星情景的路径与了解地球特征的可居住性的路径同样重要。”

这两位研究人员列出了一些影响地球和金星宜居性的因素。

这些因素中的大多数都是不言自明的

我们对金星还有很多不了解的地方。它的核心有多大?它曾经有水吗?一些研究表明，当地球失去水，变得完全适合居住时，它的大气中有大量的氧气。如果我们在遥远的系外行星上看到同样数量的氧气，我们可能会把它解释为生命的迹象。大错误。作者写道:“因此，金星在解释明显富含氧气的大气层时起到了警示作用。”

凯恩和伯恩的研究观点是一种行动呼吁。这反映了最近十年调查的结果。他们写道:“最近的天文学和天体物理学、行星科学和天体生物学十年调查都强调，有必要提高对行星可居住性的理解，这是天体生物学背景下的一个基本目标。”对于作者来说，金星可以锚定他们的努力。

但要让它成为一个锚点，科学家们需要回答很多问题。他们需要更彻底地研究它在各个高度的大气。他们需要研究它的内部，并确定其核心的性质和大小。至关重要的是，他们需要让一艘宇宙飞船到达火星表面，近距离研究火星的地质情况。简而言之，我们需要在金星上做我们在火星上做过的事情。

考虑到金星的恶劣环境，这是具有挑战性的。但更详细地探索金星的任务正在准备中。VERITAS, DAVINCI和EnVision都是计划在2030年代进行的金星任务。这些任务将开始给科学家提供我们需要的答案。

随着我们对金星的了解越来越多，我们也需要更多地了解外金星。作者写道:“研究金星内在特性的一个平行方法是对大量(且仍在快速增长的)类地系外行星进行统计分析。”

我们生活在一个发现系外行星的时代。我们已经发现了5000多颗确认的系外行星，而且这个数字还在不断增长。我们正在发射宇宙飞船，以更彻底地研究最有趣的行星。但在某一时刻，情况会发生变化。我们需要对其中的多少进行分类?一万个人够吗?20000年?100000年?

现在一切都是新的，寻找更多系外行星的热情，特别是在可居住区域的岩石行星，是可以理解的。但最终，我们会达到某种收益递减的门槛。为了理解它们，我们可能更明智地把精力花在研究金星上，以及它是如何进化得如此不同。