林川:地球在宇宙中有沒有特殊地位?

在西方文明的早期,人們曾認為大地是宇宙的中心。月亮、太陽和星辰,都圍繞着大地旋轉。因此在人類心中,地球有着神聖的地位。直到1543年,波蘭天文學家哥白尼提出了日心說,才把地球拉下神壇 。

在20世紀初,天文學家哈勃又發現,宇宙遠方有許多亮點,每個亮點都是一個星系。這一發現,說明類似銀河系的星系,在宇宙中比比皆是。 地球在宇宙中的地位,也就更加微不足道。地球上的生命,好像也沒什麼特殊,或許在宇宙其他地方,各種生命比比皆是。

基於這一觀點,科學家們建立了多個天文項目。尋找外星生命,其中包括SETI,火星探測計畫,等等。他們認為,宇宙之大,必然存在大量生命 。然而隨着科學的進一步發展,科學家們才發現這一等式的另外一面。雖然宇宙浩瀚無比,但支持高登生命所需要的自然條件,也無比苛刻。

生命所需要的第一要素是水。水是一種奇妙的物質。它可以溶解許多礦物質和營養,但卻不和這些物質發生任何化學反應。而其他的溶劑,卻大多會和這些物質產生化學反應。水的黏稠度適中,如果它過於黏稠,血液就難以輸送營養,如果過於稀疏,生命體就難以保持水分。水能夠吸收大量熱能,而不會出現太大的溫度變化。這一特徵,使恆溫動物更容易保持體溫。而另外一方面,水在蒸發時,又能夠吸收大量熱量,使哺乳動物能夠利用出汗來降低體溫。水還有另一個奇妙的特性,就是結冰後密度減小。如果水和其他物質一樣,結冰時密度加大,冰就會沉在水底。到了最寒冷的季節,江河湖海從水面到水底全部結冰,魚兒就無法存活。

雖然水的化學成分簡單,在宇宙中或並不少見,但維持液態水的溫度範圍卻非常狹窄。在地球大氣壓之下,只有100攝氏度的區間。為了維持液態水,星球和恆星的距離,必須在黃金地段之內。距離太遠,水會長年結冰,距離太近,則會變成蒸汽。在太陽系,這個黃金地段非常狹窄。如果地球離太陽的距離縮短5%,地球就會和金星一樣,氣溫上升到攝氏500度。如果這一距離增加20%,地球就會長年被冰雪覆蓋。

地球磁場是維持生命的另一個重要因素,它不但保護地球上的生命,免遭有害射線的傷害,而且還保護了地球的大氣層和水。這一點,從火星的命運就能看清。由於缺乏強大的磁場,火星上的大氣和水份逐漸被太陽風吹走,使火星上一片荒涼。

地球自轉軸的傾角,給地球帶來了四季。如果沒有這個傾角,赤道就會太熱,兩極就會太冷,可居住地帶就會大大減少。而正是由於月球的存在,才能夠維持傾角的穩定。

月球的產生,可以說是一個千古之謎。 目前科學界普遍接受的理論有兩個。一個理論是,月球是外來物體,被地球的引力所俘獲。第二個理論是,外來天體撞擊了地球,外來的物質和地球撞擊掉下來的物質,一起形成了月球。如果第一個理論成立,月球的軌道應該是橢圓形。而實際上月球的軌道幾乎是正圓。更不可思議的是,月球的自轉週期和公轉週期相同,因此月亮總是一面面向地球。如果這一軌道是偶然形成的,這種可能性微乎其微。如果撞擊理論成立,這一撞擊應該導致地球急速的自轉,而不是現在每天自轉一周。為了彌合這一矛盾,科學家們設想這個外來天體和地球碰撞了兩次,第一次造成地球急速自轉,而第二次則讓急速的自轉減慢。這種巧合更是不可思議。

地球大氣中,氧氣的比重是21%。如果氧氣的比重大於30%,樹木就會自行燃燒。如果氧氣成分過低,高級動物就無法獲得足夠的能量。

地殼的厚度必須適中。如果地殼太厚,就不可能進行地殼的循環,無法為地面的生物提供必須的礦物質。如果地殼太薄,地面就會到處是火山。

太陽的大小也必須適中。宇宙中的恆星大多小於太陽。如果太陽和它們一樣,地球就必須靠近太陽才能保持液態水。這一後果是,太陽的引力過大,鎖定地球的自轉,使地球一面永遠面向太陽。這樣一來,面向太陽的一面就會太熱,背向太陽的一面就會太冷。

維持高等生命的必要條件還不只這些。假如每一個條件有10%的可能性成立,同時滿足10個條件的概率就是10%的十次方。雖然宇宙中星體數量眾多,但由於這一概率微乎其微,能夠支持高級生命的星球,依然是鳳毛麟角,我們能夠擁有地球這個家園,依然是萬幸中的萬幸。

從這種意義上說,我們的家園,在浩瀚的宇宙中,亦然有着特殊的地位,地球上的生命,也依然是宇宙的佼佼者。如此奇妙的巧合,是小概率事件的偶然出現?還是智慧的刻意安排?當人們看到一個鐘錶裏面的精密機械,人們一定會認為它是工匠的精心設計,而不是偶然的巧合。

同樣,我們的生存環境,也如同鐘錶一樣精密巧妙,我們為什麼要斷定它是偶然形成的呢?

更加奇妙的是,地球不但提供了人類生存的最佳環境,而且是探索宇宙的最佳環境。

1919年5月,全日食的出現,讓科學家們能夠觀察到遠方星體的光線,在經過太陽附近時出現了彎曲,從而驗證了愛因斯坦的廣義相對論。月球和太陽的相對距離和相對大小,是產生全日食的關鍵。太陽比月亮大400倍,但太陽距離地球的距離,也比月亮遠400倍,因此月亮的大小,正好能夠遮擋住太陽,從而形成完美的全日食。

人類對日冕的研究,也依賴於全日食。日冕是太陽表面的一層熱氣流。如果月亮太大,日冕就會被月亮遮擋住。如果月亮太小,日冕發出的光,就會淹沒在強烈的陽光之中。正是由於對日冕的觀察,使人類了解到太陽大氣的成分,從而知道太陽上有氫。

太陽在銀河系的位置,也恰恰適合人類觀察宇宙。如果太陽過於接近銀河系的中心,星體的密度就會太大,地球上的夜空就會充滿了附近星體和氣體的光芒。

在太陽系的眾多行星和衞星之中,只有7個存在足夠厚的大氣層,其中只有地球的大氣層是透明的。

地球不但是支持高級生命的最佳環境,同時也恰巧是科學觀察的最佳環境。這些到底是巧合,還是刻意的安排?也許,這樣巧妙的安排,並不僅僅是為了人類的生存,同時也是為了啟發人類的智慧,使他從迷茫中,認識到自己的意義和使命。

作者提供 本文只代表作者的觀點和陳述。

(責任編輯:李明心)

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