金星曾是宜居世界持续了数十亿年之久

腾讯太空 · 公众号 · 探索 · 2019-09-26 22:14

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1978年，美国宇航局的“开拓者12”号飞船抵达金星。勘测期间，这艘飞船发现了金星地表一度存在海洋的迹象。在此之后，科学家又向金星派遣多艘飞船，收集了地表和大气层的大量数据。根据观测数据，科学家揭示了金星如何从一颗类地行星沦为一个地狱般的所在。研究表明在形成后20亿到30亿年，金星一直存在足以孕育出生命的适居环境。

“开拓者12”号飞船造访金星

7亿年前，一场大规模的地表重塑事件触发了失控温室效应，导致金星大气层拥有不可思议的密度和温度。这意味着在诞生后的20亿到30亿年，金星一直存在适居环境。根据最近的一项研究，如此长的宜居期足以让“地球的姐妹”金星进化出生命。

此项研究由美国宇航局戈达德太空科学研究所的迈克尔·维尔和安东尼·德尔·杰尼奥进行，研究发现能够对宜居系外行星搜寻工作产生启发。在9月20日于日内瓦举行的欧洲行星科学会议和美国天文学会行星科学部门的联合会议上（EPSC-DPS），科学家公布了分析结果。

金星地表艺术概念图，一道闪电直插地面

研究过程中，维尔和德尔·杰尼奥创建了一系列模拟，模拟不同水覆盖率下的金星环境。他们采用了一个3D大气环流模型，将大气构成变化以及逐渐加剧的太阳辐射考虑在内。维尔和德尔·杰尼奥共提出了五种想定，在其中三个想定中，他们假设古代金星的地形与现在大同小异，海洋深度在30英尺到1000英尺（约合10米到310米）之间，少量水锁定在土壤中。另外一个想定中，金星的地形与地球类似，存在一个1000英尺（310米）深的海洋。最后一个想定中，整个金星被500英尺（约合158米）深的海洋覆盖。

五项模拟得出了相同的结论：金星能够在长达30亿年时间里维持一个稳定的温度，范围在20摄氏度到50摄氏度。随着一系列事件的发生，80%的金星地表被重新塑造，导致地壳中的二氧化碳发生逃逸。

金星阴面的低空云层，由“伽利略”号飞船拍摄

维尔指出：“我们的假设是，金星可能在长达数十亿年里存在一个稳定的气候。金星可能发生一场几乎覆盖全球的地表重塑事件，导致它丧失了类地气候，最终沦为今天我们看到的地狱般的存在。”

一切要从42亿年前讲起，也就是在金星形成后几亿年，刚刚结束一个快速冷却期。在这个时间段，金星经历了一个与地球类似的过程，大气层被二氧化碳主导。二氧化碳被硅酸盐岩石缓慢吸收，形成碳酸盐。碳酸盐随后被禁锢在地壳中。

一个气候模型中的陆地-海洋模式，展示暴风云如何帮助古代金星抵御强太阳辐射，让金星变成一颗宜居星球

根据维尔和德尔·杰尼奥的研究，直到7.15亿年前，金星的大气层仍与现在的地球类似，主要由氮气构成，同时还有少量二氧化碳和甲烷。它的大气环境一直保持稳定，直到一场大规摸的释气事件。

大规摸释气事件的原因仍是一个谜团。科学家认为这一现象由一场地质事件导致。在此过程中，80%的金星地表被重塑，大量岩浆沸腾，向大气释放数量惊人的二氧化碳。岩浆在落到地表前凝固，形成一道屏障，阻止二氧化碳被再次吸收。

经过地球化改造的金星，大部分地表被海洋覆盖

维尔表示：“金星上发生了某些事件，导致大量气体被释放到大气中并且无法被岩石再次吸收。在地球上，我们发现了一些大规摸释气事件的例证——例如5亿年前形成的，与一场物种大灭绝事件有关的西伯利亚地盾——但规摸无法与金星相提并论。大规摸释气事件彻底改变了金星。”

大规摸释气事件能够解释金星大气层的密度为何达到地球的90倍。二氧化碳的高浓度导致了失控温室效应，让金星沦为一个地表平均温度达到462摄氏度的“地狱星球”。维尔和德尔·杰尼奥的研究发现与传统观点相矛盾。传统观点认为金星的轨道处在太阳系适居区内缘之外，因吸收太多太阳辐射，导致地表无法存在液态水。

“麦哲伦”号飞船拍摄的金星靓照

不过，维尔和德尔•杰尼奥的模拟却得出了另一个结果。维尔说：“金星当前受到的太阳辐射量几乎是地球的两倍。但在我们建模的所有想定中，我们发现金星的地表温度仍能让液态水的存在成为可能。”

2016年，维尔、德尔·杰尼奥和美国宇航局戈达德太空飞行中心、行星科学研究所、乌普萨拉大学以及哥伦比亚大学的科学家进行了一项类似研究。这一次的研究发现与2016年的研究相符。研究中，他们借助“麦哲伦”号任务获取的数据进行了一系列3D气候模拟，分析古代金星海洋如何影响它的适居性。

“伽利略”号飞船1990年拍摄的金星照片。照片经过处理，以突出云层

研究指出如果金星的自传周期不到16个地球日，一直保持着宜居气候直到到7.15亿年前。不过，科学家仍需揭示两个重要的“未知”，才能确信金星直到最近仍拥有适居环境。第一，科学家需要确定金星的冷却速度以及最初时地表能否冷凝出液态水。第二，全球性的地表重塑事件究竟是金星一次剧变的单一事件导致还是持续了几十亿年之久的一系列事件组成部分，现在仍是一个未知数。

维尔表示：“我们需要执行更多金星勘测任务，获取更详尽的信息以进一步了解它的历史和演化。我们的模型显示金星确有可能曾是一个宜居星球，与我们今天看到的金星截然不同。这一发现对在所谓‘金星区’搜寻系外行星具有重要意义。我们的研究表明金星区可能存在液态水和温和气候。”

日本“破晓”号镜头下的金星夜景

如果金星没有发生一场大规模的地表重塑事件，人类便可在“家门口”寻找地外生命存在的证据。如果火星没有在42亿年前失去磁气圈，便有可能孕育出生命并且至今仍在繁衍生息。这样一来，太阳系便不只地球这一个有生命存在的行星。

对于那些认为应在未来对金星进行地球化改造的人，这些研究发现可能让他们备受鼓舞。如果确定一颗轨道不占优势的行星曾出现并保持稳定气候，意味着我们可以通过生态工程手段，改变它的面貌。换句话说，我们能够在将来的某一天将金星改造成一个气候温和的星球，一个大部分地表被海洋覆盖，只存在少数几个超级大陆同时遍布群岛的世界。

翻译：牛树军

编辑：Frank

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