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金星如何成为一天比一年还长的星辰?地历史学

发布时间:2019-12-13 15:37编辑:科技知识浏览(142)

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    至于“地球化”这个词,最早出现在1942年出版的美国作家杰克·威廉姆斯的科幻小说中。自那以后这个词的影响越来越大,在今天已经作为科学专用词被固定了下来。那么,是谁最早将“地球化”从虚拟世界推向现实研究的呢?这个人是卡尔·萨根。1961 年,他在自己有关金星最新观测的一篇论文中指出,金星大气中散布着一种单细胞藻类,它们长期分解金星大气中的二氧化碳,有可能产生游离的氧。

    科学家认为地球要比金星幸运,因为地球远离太阳,其潮汐能主要是受月球的影响,要比金星小很多。所以,地球没有出现刹车效应。地球的生命系统因此才得以像今天这样繁荣。

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    研究发现,几十亿年前金星也曾拥有广阔的海洋,和远古火星一样是个温暖舒适的宜居星球,科学家甚至推测那时的金星曾经孕育原始生命。

    此外,在某种程度上说,火星的演变历史也与地球相似。火星的公转轨道半径平均值是地球的1.52 倍。如果只拿这一点跟地球相比,由于火星比地球距离太阳更远,所以到达火星的太阳能比地球少。但是,科学家推测,火星在诞生初期原本具有厚厚的二氧化碳大气层,能把入射的太阳能封闭在大气中,通过“温室效应”保持早期火星表面温暖的环境。

    一项最新的研究表明,金星曾经有数亿年的时光拥有海洋。但也恰恰是因为海洋,金星才变成今天这般恐怖的样子。科学家称,造成这个可怕转变的“罪魁祸首”已经找到。

    那么金星是如何变成一个死气沉沉的星球的呢?美国宇航局、班戈大学和华盛顿大学科学家的一项最新研究显示,导致金星发生巨大变迁的罪魁祸首正是远古海洋本身!

    为什么首选火星?这是因为火星在各个方面堪称地球的“兄弟星”。地球上的一天是23 小时56 分,火星是24 小时37 分;地球的轨道面与赤道面的夹角是23 度27 分,火星是25 度11 分;地球和火星具有差不多相同的季节变化;在地球的两极终年覆盖着皑皑白雪,而在火星的两极则有由冻结的二氧化碳形成的洁白的极冠。

    科学家认为,在海水存在的时期,可以确信,这颗位于宜居带中的行星,曾经孕育出过生命。但在金星环境日渐恶化的情况下,一部分生命毁灭了,而一部分随着气流来到了天空,并“聪明地”待在金星的云彩里。科学家早就关注到金星高空云层中的神秘黑点,这些就是住在云彩里的金星残余“生命”——金星藻类。

    金星是距离地球最近的行星,因质量和地球相似,又被称为地球的“姊妹星”,其表面平均温度高达462°C,大气层二氧化碳含量超过96%,整颗星球被厚厚的硫酸云笼罩,环境犹如地狱般恐怖。

    科学家还推测,早期火星表面也分布有海洋(事实上,近年来对火星的一系列探测已经基本证实早期火星的确存在海洋),海水会逐渐吸收二氧化碳,转化成碳酸钙之类的矿物堆积在海底。在地球上,被海水吸收的二氧化碳因火山作用重新被释放回大气中去,由此形成二氧化碳的循环。但是,在火星上,这种循环却无法长久维持,这是因为火星比地球小,其内核迅速冷却,火山活动在火星早期就已结束。

    这一变化是如何给金星带来厄运的?如此缓慢的自转会是金星的每一个地点均会出现连续数月暴露在阳光曝晒之下,大量的海水被蒸发大天空。大气层开始变得厚重,金星变得越来越闷热。这时候,不断爆发的火山,将大量的二氧化碳排放至天空,但吸收这些二氧化碳的机制却没有形成,温室效应快速形成。海水一天天在减少,直至消失。

    拥有海洋的行星受潮汐效应影响,海流和海床之间不断摩擦,自转速度会逐渐减慢。比如地球每过100万年自转周期就会增加20秒。科学家认为远古金星也会经历类似的过程,只不过金星没有天然卫星,它上面的潮汐效应只能来自太阳的引力。

    为此,有科学家提出:在环绕火星的轨道上布置反射镜卫星阵,以增加入射火星的太阳能量;或者,让适当大小的彗星撞击火星,利用撞击产生的巨大能量来气化被封闭在冻土中的冰。此外,还有另外一些加热火星的奇妙思路。

    在拥有巨大海洋体系的时代,金星自转的速度要不现在快得多。但是,在巨大潮汐能的作用下,海洋与金星海底的沙石产生巨大的摩擦力,就像是一颗高速运动的车辆,不断被人踩下刹车似的,金星的自转越来越慢,直至变成现在的速度——一天相当于地球的243天!

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    此外,为了让金星永久冷却,还可考虑在金星与太阳之间的重力平衡点(所谓的“拉格朗日点”)建造巨型遮阳伞,用其阴影遮住金星。至于金星缺水的难题,可以通过让彗星冲撞金星,从而将水带给金星。事实上,彗星含有大量的冰,地球上最早的水有可能就是由撞击地球的彗星带来的。

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    金星自转非常缓慢,一个金星日长达243个地球日,相当于2/3个地球年。有趣的是,金星绕太阳运行一周需要225个地球日。换句话说,金星上的一天比一年还长!

    科学家认为可以被“地球化”改造的行星应该是典型的地球型行星。地球型行星需要具备一些条件,比如像地球一样拥有适当的绝对质量和适当的公转轨道半径,并且行星的演化历程也和地球相似。行星“地球化”改造的首选对象是火星。

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    有科学家推测,现代金星仍然保留一线“生机”,大气层高处的神秘黑斑或许就是某种微生物存在的标志。

    要想让金星环境变得像地球,首要任务就是为金星降温,也就是说,要大大弱化金星大气的温室效应。怎样为金星降温呢?有一种方法,这就是部分清除金星大气,可以通过加速金星的自转来实现。还有科学家提出,可以让大小适当的小行星相继从适当的方向冲撞金星。

    缓慢旋转的金星逐渐失去自己的磁场,失去保护的大气层无法抵挡长驱直入的太阳风,强烈辐射导致海洋迅速蒸发,金星也最终变成一个面目狰狞的可怖星球。

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    为了研究金星海洋如何影响自身旋转,Mattias Green领导的研究团队借助计算机模拟,为虚拟金星设置不同的海洋深度和自转速度,最终发现如果金星海洋中的潮汐足够大,就会减缓行星自转。最极端的情况下自转周期每百万年增加72个地球日!这意味只需1000到5000万年就能达到现在的旋转速度。

    尽管其后的观测结果表明,萨根的这一构想实际上是不成立的,但以那篇论文为契机,很多研究者开始把改造太阳系其他行星作为自己研究的课题,最终引发了当今“地球化”研究的高潮。

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    改造行星

    关于“地球化”的概念,在很早以前就已存在了。17 世纪的英国诗人琼· 弥尔顿所写的《失乐园》一诗中,就有天使们让刚刚形成的地球的自转轴倾斜,从而给地球带来四季变化的描述。在英国作家奥拉胡· 斯坦普顿于1930 年发表的科幻小说《最初的也是最后的人类》中,则描述了未来的人类改造金星,使之“地球化”的构想。

    结果,大约在火星形成2 亿年之后,原本在维持温暖环境方面起重大作用的火星大气被海水吸收,造成火星迅速变冷和变干燥。当今的火星,地表气压为0.01 个地球大气压,平均气温为-50℃,对生命来说,是一个过于严酷的世界。

    对太阳系的其他行星进行“地球化”改造,这个最早只出现在科幻小说中的情节如今已经推进到了现实研究。

    像火星和金星这样的地球型行星,是最适合进行“地球化”改造的行星。

    人类想要在宇宙中移民,仅仅靠寻找类地行星实在太渺茫了,还有另一种可能性:就是改造行星,将其他星系“太阳系化”“地球化”,这是有可能的。

    只要融化冻土,使之变成水蒸气(水蒸气也是一种温室气体),就可以使火星大气升温。随着气温上升,冰融化成水蒸气的正反馈随之加强,火星大气的温室效应逐渐恢复,火星的环境当然就会发生剧变。

    与火星相比,金星的“地球化”改造就要困难得多了。金星的公转轨道半径仅为地球的0.7 倍,金星表面每单位面积的太阳能入射量却是地球的1.9 倍(金星自转周期为243 天),这样一来,金星就变成了灼热的“地狱”。在金星上,不仅生命所必需的水被完全蒸发,就连铅这样的金属都被熔化了。由于金星上还有由二氧化碳构成的非常浓密的大气层,所以其温室效应异常强烈,由此导致金星地表气温高达460℃,地表气压为地球的90 倍。很明显,金星是一个高温、高压的恐怖世界。

    什么是“地球化”呢?所谓“地球化”,是指在未来把不适合生物生存的其他天体环境改造成类似地球这样的生命世界。显然,“地球化”实质上就是一项巨大的环境工程。

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    近年来一些天文学家或天文爱好者频繁使用“地球化”一词。

    那么,能否把这个严酷的世界恢复到它原来的温暖湿润呢?科学家认为并非很难,只需要把入射火星的太阳能的不足部分用其他方式补足就可以了。例如,在火星北半球的沙漠地面之下,沉睡着数量庞大的永久冻土,它们是由火星上曾经存在的海洋冻结而成的。

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    关键词: 科学家 星球 行星 将其 罪魁祸首