數十億年來，地球一直適宜居住——我們到底有多幸運？

: By 托比·泰瑞爾

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地球已經生活了數十億年-我們到底有多幸運？ Xtock /快門

經歷了進化 3或4億年產生 智人（Homo sapiens）。 如果那段時間氣候只完全失敗了一次，那麼進化將停滯不前，我們現在就不在這裡。因此，要了解我們如何在地球上生存，我們需要知道地球如何成功地維持生命數十億年。

這不是一個小問題。當前的全球變暖向我們表明，即使在幾個世紀的過程中，氣候也可能發生巨大變化。在地質時間尺度上，更容易改變氣候。計算表明，僅幾百萬年，地球氣候就有可能惡化到低於冰點或高於沸點的溫度。

我們也知道，自從生命進化以來，太陽的發光能力提高了30％。從理論上講，這應該已經使海洋沸騰了，因為它們不是通常凍結在地球早期–這就是所謂的“淡淡的年輕太陽悖論”。但是，以某種方式解決了這個可居住性難題。

科學家提出了兩種主要理論。首先是地球可能具有恆溫器之類的東西-一種或多種反饋機制，可以防止氣候漂移到致命溫度。

第二個是，在眾多行星中，也許有些只是靠運氣才能實現的，而地球就是其中之一。近幾十年來，太陽係以外的許多行星的發現使第二種情況變得更加合理。系外行星。天文學家對遙遠恆星的觀察告訴我們，許多行星都有圍繞它們運行的行星，而且有些行星的大小，密度和軌道距離使得理論上適合生活的溫度是可能的。據估計至少有 2億個這樣的候選行星僅在我們的銀河系中。

地球已經生活了數十億年-我們到底有多幸運？系外行星有很多……但是有多少個氣候穩定？ Jurik Peter / Shutterstock

科學家們很樂意前往這些系外行星，以調查它們是否與地球數十億年的氣候穩定相匹配。但是，即使是最近的系外行星，那些繞恆星運行的行星半人馬，距離我們不到四光年。觀察或實驗證據很難獲得。

相反，我通過建模探索了相同的問題。首先，我使用計算機程序來模擬一般行星（不僅是地球）上的氣候演變，產生了100,000個行星，每個都有一組隨機不同的氣候反饋。氣候反饋是可以放大或減少氣候變化的過程，例如，北極的海冰融化，用吸收陽光的公海代替反射陽光的冰，反過來又導致更多的變暖和融化。

為了調查這些巨大的行星在巨大的（地質）時間尺度上保持可居住性的可能性，我進行了100次模擬。每次行星從不同的初始溫度開始，並受到隨機不同的一組氣候事件的影響。這些事件代表氣候變化因素，例如超級火山爆發（例如皮納圖博火山但更大得多）和小行星撞擊（例如殺死恐龍的撞擊）。在每100次運行中，都會跟踪行星的溫度，直到溫度變得太高或太低或存活了3億年為止，這時它被認為是智能生命的可能坩堝。

地球已經生活了數十億年-我們到底有多幸運？改變氣候：1991 年菲律賓皮納圖博火山噴發，向大氣中噴射了大量火山灰，導致全球氣溫暫時下降了 0.6℃。 SRA Blaze Lipowski / Picryl

仿真結果至少在反饋和運氣的重要性方面，為該可居住性問題提供了明確的答案。幾乎沒有行星（實際上只有十萬分之一）具有如此強大的穩定反饋，以至於不管隨機的氣候事件如何，它都能保持100,000次可居住。實際上，大多數居住至少一次的行星，做不到100的十分之一。在模擬中的幾乎每一個情況下，當行星保持宜居100億年的時候，運氣就一定程度上取決於它。同時，運氣本身不足以證明。經過專門設計的行星完全沒有反饋，也從未適合居住。受氣候事件影響而隨意散步的路線從來沒有持續過。

地球已經生活了數十億年-我們到底有多幸運？模擬中的重複運行並不完全相同：隨機生成了1,000個不同的行星，每個行星運行兩次。（a）第一次運行的結果，（b）二次運行的結果。綠色圓圈表示成功（可持續居住3億年），黑色圓圈表示失敗。托比·泰瑞爾, 作者提供

總體結果是可靠的，其結果部分取決於反饋，部分取決於運氣。建模的各種更改都沒有影響它。因此，地球必須擁有一些穩定氣候的反饋，但與此同時福還必須參與其中以使其保持可居住性。例如，如果小行星或太陽耀斑比它稍大，或者發生在稍有不同（更關鍵）的時間，那麼今天我們可能不在地球上。對於為什麼我們能夠回顧地球上引人注目的，極大擴展的生命歷史的演變和多樣化，以及使其變得更加複雜到它引起我們的觀點，它給出了不同的看法。

Toby Tyrrell教授討論了他的研究。

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