文图/郑永春（中国科学院国家天文台）
许多太空科幻电影中，都描绘了人类未来可能移居到地外星球的光明前景。而银河系中像太阳一样的恒星有上千亿颗，而整个宇宙中像银河系一样的星系又数以千亿计。那是不是在太阳系外的另一个恒星系，也有围绕另一颗“太阳”运行的系外行星呢？它适合我们移居吗？
事实上，如果是短期登陆探访，有很多太空探索的目的地可供人类选择，因为密闭的登陆舱和厚重的宇航服可以保护我们。但如果要移居到另一颗星球，这就要求找到一个适宜人类长期居住的天体，这个天体必须具备更为苛刻的条件……
首先，要有大气层的保护。以地球海平面的大气压力（1个标准大气压）为标准，医院里的高压氧气治疗为1.4个大气压，珠穆朗玛峰峰顶约为0.41个大气压。如果系外行星的大气太稠密或太稀薄，人类的心肺功能都将难以承受。如金星表面是90个大气压，连载人登陆都无法实现，更不可能适合人类生存了。
除大气压外，这个“未来星球”还要有合理的大气成分和比例。地球大气的主要成分是氧气和氮气，而且符合一定的比例。氧气含量过高，人会发生“醉氧”，过低则会缺氧。但是，目前空间望远镜的观测结果还无法确定系外行星是否拥有大气层，更难以判断大气成分。从太阳系行星的已有经验分析，土卫六的大气是氮气和甲烷，木卫二为稀薄的氧原子，金星大气主要为二氧化碳。由此推测，多数系外行星的大气成分主要为氮气、甲烷、二氧化碳等，并不适合人类生存。除了氧气，地球大气层中的微量气体也发挥了很大作用，比如臭氧过滤掉对人类危害很大的紫外辐射。如果系外行星没有臭氧层，人类患皮肤癌的概率将大大增加。
开普勒-452b是迄今为止发现的与地球最相似的系外行星，可能拥有大气层和液态水，图为该行星和对应母恒星的概念图
其次，未来的宜居星球要有液态水和适宜的温度。水是生命之源，也是驱动行星演化的重要载体，有了水，人与生物圈才能形成相互依赖、不断进化的生态系统，否则孤独的人类是难以长期生存的。但现有的观测手段无法证实系外行星上是否有液态水，只能根据系外行星与恒星之间的距离来估算行星上的温度，并根据温度范围推测是否存在液态水。但是，即使系外行星位于宜居带内，也无法保证行星表面具有适宜的温度。就像金星上强烈的温室效应那样，行星大气层的密度和成分将显著影响行星表面的温度。
根据进化论，生命的演化需要经历漫长的过程。太阳作为太阳系的母恒星，是一颗中等质量的恒星，人类预测其寿命大约100亿年。现在太阳寿命已经过去约50亿年，地球也已经历了46亿年。地球形成后过了8亿年才出现简单的生命，而人类的出现则不过是短短的250万年。换言之，太阳系诞生约50亿年后，地球上才繁衍出高度发达的文明。而在宇宙中，如果恒星的质量太大，其寿命就会比较短，处在这个恒星系的行星可能来不及在母恒星的“有生之年”演化出相对复杂的生命。
再次，宜居行星必须有一个岩石质的表面，让人类可以继续生活在陆地上。由于系外行星的质量越小越难观测，所以早期发现的系外行星大多是木星那样巨大的气液态行星，并不适合生命生存。宜居行星还要有一个完美的磁场，可以屏蔽来自恒星和恒星际的高能带电粒子，因为这些高能带电粒子可以扼杀掉大多数生命。
另一个重要条件是，宜居行星应演化到了中年阶段，内部能量的释放才比较温和，因为处于演化早期的年轻行星往往会狂暴地释放内部能量，导致地震和火山爆发的强度和频度太大，生命在这些自然灾害面前的生存机会将十分渺茫。同理，系外行星所属的恒星能量释放要比较稳定，否则人类在恒星爆发的超级带电粒子风暴面前，只能坐以待毙。
综合以上因素可知，人类之所以能在地球上生存，是因为地球穿了几层保护人类的防护衣。
第一层是磁场，它屏蔽了大量高能带电粒子，保护我们免受高剂量辐射的伤害；第二层是大气层，它提供了人类呼吸所需的氧气和植物生长所需的二氧化碳，其中的臭氧又过滤掉对人体有害的紫外线；第三层是水圈，水作为载体，促进了地球各圈层之间的物质循环和生物的新陈代谢。
人类是在地球上繁衍进化而成的，我们的一切都已适应了地球的环境。就像世界上没有两片完全相同的叶子，宇宙中与地球一模一样的星球也几乎是不存在的，所以如果移居到另一颗星球上生存，人类很可能就需要进化成另一种生物。虽然地球并非天堂，也会面临超级太阳风暴、地球磁极倒转、小天体撞击等重大天文灾难，以及地震、火山、海啸等自然灾害，即便如此，地球依然是我们迄今为止唯一的生存家园。
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中学物理 | 宜居条件；系外行星
