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深层分析宇宙常数对生命形成进化的影响!

发布时间:2019-06-20 10:37:28  作者:宇宙探索  来源:宇宙探索  阅读:175

    深层分析宇宙常数对生命形成进化的影响!
      地球上的每一个生物都是独一无二的。今天存在的每一个物种都是根据自己所处的自然环境进化而来的。地球上几乎所有的地方都被生物探索或者居住过。
      决定地球上生命多样性的过程中,有许多不同的因素都在起作用。这包括温度、水资源、地形、自然资源和日照充足都是地球生物圈的不同因素。所有这些因素都在每一种生命形态的进化中刻画了生命的特征。所以每种环境下的生命都以无数种形式发生进化。这就造成了地球上所有生命彼此之间的多样性。
      然而,我们如果要考虑外星生命的特征,在某种程度上我们需要参考重力的强度、母恒星、大气压力、大气含量、季节变化以及卫星的存在,这些因素对于地球上的所有生命来说就是一些宇宙常量,我们都以这样或那样的方式共同应对这些生命常数的存在。所以地球上的生命从某种程度上说都惊人地相似。
    深层分析宇宙常数对生命形成进化的影响!
      《星际之门》系列中的阿斯加德与我们在20世纪对外星人的描述有着惊人的相似之处。
      外星生命的概念对现在来所并不新鲜。数千年来,科学家和梦想家都在探索外星生物的存在。目前没有人能确定是否有外星生命存在于无限广阔的太空中,如果有的话,它肯定会根据其所在星球的独特环境发展出自己的特征,这点跟地球上的生命进化一样。
      随着开普勒太空望远镜的启动,美国宇航局发现系外行星既丰富又具有多样性,每一颗都具有独特的行星属性。生物学家,将尝试利用这些行星属性,通过与地球上已经存在于类似条件下的生命进行比较,来预测外星生命的复杂特征。
    深层分析宇宙常数对生命形成进化的影响!
      地球,我们唯一确定生命存在的地方。我们必须用这里的生命作为模板来想象其他地方的生命是如何进化的。
      因为我们只有一个关于生命进化的数据点(即地球),所以我们在分析的时候只能做一些假设。因为地球上所有的生命都是以碳为基础的,所以我们将对外星世界的生命做出同样的假设。这并不是说其他的生命形式是不可能,只是碳基生命是我们唯一确定存在的生命形式。我们还将假设,这个外星世界上的生命与地球上的生命起源相同,进化的过程与地球上的进化过程相同,假设外星生命同样依赖于水,空气和营养。
      通过这个前提,我们才有可能推测出在与我们截然不同的星球上复杂外星生命的特征和外表,我们才有可能回答这个问题:外星人会是什么样子?才会发现不同的宇宙常数对生命形成和进化的影响。
      行星质量
      重力加速度
    深层分析宇宙常数对生命形成进化的影响!
      2016年发现的按大小分类的系外行星图。虽然我们对宇宙中系外行星的分布还没有完整的了解,但很明显,比地球质量大2-5倍的岩石行星是很常见的。
      行星的质量影响着该行星的引力强度。质量越大的行星的引力越大。一个引力更大的行星很可能会为复杂的生命形式带来更短、更坚固的结构。这种即短又坚固的特性既降低了坠落的势能,又能在更高的重力加速度下带来更大的稳定性。强大重力也会对骨骼关节等造成更大的损害。这意味着,在一个巨大的星球上,生命可能有更多的肌肉结构,而不是我们主要以骨骼为框架的结构。
      大气含量/压力
    深层分析宇宙常数对生命形成进化的影响!
      根据行星的质量和表面温度,行星可以保留大气气体的图表。一个巨大的岩石行星可能有能力保留氦气,以及我们今天在地球上看不到的其他气体。
      地球上的大气主要由两种气体组成;氧和氮。还有植物生命所必需的少量二氧化碳。一个更大的行星,具有更大的引力,会吸引更厚的大气层。这种较厚的大气还会容纳我们在地球上找不到的其他几种气体;主要包括一些重量太轻,无法抵抗太阳风侵袭或者地球引力无法束缚住的气体。这样一个更大的外星世界的生命将可能需要一个先进的呼吸过滤系统,以便过滤掉呼吸不需要的所有空气分子。
      地形和水
      一颗质量足够大的行星将有足够的引力使行星的表面完全变平,使整个世界变成一个巨大的浅海。《星际穿越》里就有这样的场景。
      一个质量更大的行星在数百万年的大气和雨水侵蚀过程中,强大的引力将有助于夷平山脉,填满峡谷。在这样一个星球上,海洋的底部将会变平,形成广阔的浅海。事实上,一个巨大的外星星球的表面可能被高达90%甚至更多的水覆盖。在这样一颗行星上,海洋生物将会更加普遍丰富,陆地生物将不需要庞大的装备来应付多变的地形。在一个小星球上,这种情况正好相反。
      行星轨道、自转和轴向倾斜
      平均温度
    深层分析宇宙常数对生命形成进化的影响!
      长耳兔的大耳朵在高温下可以增加的血液流动,以便更快地散热。本质上,耳朵变成了生物散热器!
      假设生命以碳为基础,生命诞生所需的温度在0到100摄氏度之间,分别对应液态水的冰点和沸点。在地球上,我们星球的平均温度大约为15摄氏度。液态水可以在0到100摄氏度之间的任何地方存在,事实上,在外星球厚厚的大气层中,会存在更高的温度。只要外星生命在这样的温度下进化了数百万年,就有可能更接近液态水的高温屏障。这样的生命需要一个先进的自然热控制系统来防止身体过热,比如高反射、低吸收率的外表面,甚至可能是一个基于全身流体的散热机制。
      季节变化长度
    深层分析宇宙常数对生命形成进化的影响!
      TRAPPIST-1系统(外星系统)的所有行星都围绕它们的主恒星运行,其半径完全在围绕太阳的水星轨道半径之内,所有行星都在不到20天的时间内完成围绕主恒星的运行。这意味着它们每年的季节变化发生在这个时间段。
      如果一颗行星围绕着一颗较冷的恒星运行,那么它需要在离母恒星稍微近一点的地方运行,才能保持生命的平均温度。这将带来较短的轨道周期,从而缩短季节。较短的季节将造成在一年的过程中更快的温度和压力的变化,产生更频繁的风暴和天气现象。这里的生命将要适应这样的环境。相反,一颗行星围绕着一颗更热的恒星运行,比如一颗F型白星。在这样一个世界里,冬天可以持续地球一年的大部分时间,酷热的夏天也同样长。这些恒星的生命将被迫长时间地应对各种温度。
      季节的变化
    深层分析宇宙常数对生命形成进化的影响!
      决定地球四季变化的,是地球的轴向倾斜,而不是它与太阳的距离
      一颗行星的季节长度由它的轨道周期而决定,但是季节的实际变化情况将由该行星的轴向倾斜度决定。随着倾角超过23度,地球上夏季和冬季之间的温度相差高达60度。如果一个外星星球的倾角更大,一年中温度波动将更加明显。因此,生命需要学会如何适应差异极大的温度,
      一天的长度
    深层分析宇宙常数对生命形成进化的影响!
      一颗潮汐锁定的系外行星,在这个行星上,行星的一天的长度和它一年的长度一样。
      行星上一天的长度是由自转速决定的。行星自转越快,白天就越短。快速旋转的星球将有活跃的大气和巨大的温度变化,将导致更大和更频繁的天气现象。对于缓慢旋转的世界,情况正好相反。一个缓慢旋转的行星的大气会更平静。这些星球将有很长的白天,这将迫使生命进化出某些隐秘的属性,以便在漫长的夜晚狩猎(或避免被捕猎)。小行星实际上可能被潮汐锁定在它们的主恒星上,因此行星的同一面总是朝向恒星。生活在这半个世界上的生物甚至可能不知道黑暗的定义。
      主星和系统
      太阳能输出/波长
    深层分析宇宙常数对生命形成进化的影响!
      不同温度的恒星波长发射率的对数图。请注意,人类所感知的“可见光”正处于太阳最强大的辐射波长的顶峰。
      我们的太阳发出一种恒定的光源,其峰值波长约为500纳米。地球上的生命进化到能观察到这种波长及其周围的光,这并非巧合,而是长期适应环境的过程。在一颗围绕较小的红矮星运行的行星上,外星人可能会进化出更长的波长视野,对我们来说,这完全属于红外线。他们的眼睛也可能对紫外线更加敏感,因为M级恒星看起来比我们天空中的太阳更大。众所周知,较小的恒星比较平静、较大的恒星更活跃,会发出更多致命的耀斑。大恒星周围的生命也需要更好地适应这种辐射,以免面临灭绝。
      自然资源丰富度
    深层分析宇宙常数对生命形成进化的影响!
      球状星团,如M-80,是由大量缺乏金属的古老恒星组成。这些恒星可能在岩石行星的形成以及生命的出现方面存在障碍。
      一个星球的恒星系统也是自然资源丰富程度和类型的一个主要因素,一个较老的恒星系统可能更加纯净,由较轻的元素组成。岩石行星的数量将少于气态巨行星,稀有元素的数量也将大大减少。另一方面,一个较新的行星系统可能拥有前几个恒星系残余物的自然资源,自然资源丰富。地球上的生命依赖于其中的一些重元素,如钙、钾和镁来发挥作用。一个缺乏这些资源的世界可能在最初就难以形成生命。另一方面,拥有更多这些资源的行星可能能够支持其表面上进化出生命并且具有生物多样性。
      月亮的存在
    深层分析宇宙常数对生命形成进化的影响!
      虽然我们的月亮在夜间非常明亮,但它只有太阳的1/400,000
      我们的月球在地球上生命进化的过程中发挥着巨大的作用。它的亮度在夜晚足以照亮大部分地面,如果没有月亮,夜晚将是无尽的黑暗。我们的月球是在一次非常偶然的碰撞中形成的,所以外星世界很可能没有这么大的月球,或者根本就没有月球。在一个没有大卫星的外星星球上,生命需要适应黑暗而更好的发展他们的感官。
      作为一个卫星?!
    深层分析宇宙常数对生命形成进化的影响!
      艺术家对能维持生命的卫星再现。这样的卫星可以通过巨大的主行星磁场的存在来抵御太阳辐射。
      外星行星本身也有可能是一个更大的气态巨行星的卫星,潮汐加热使其温度足以维持生命的存在。例如,卫星很可能被潮汐锁定在它们的主行星上,它们一天的长度由它们围绕主行星的轨道长度决定,它们季节的长度和变化将分别由主行星轨道的时间和偏心率决定。生命必须适应这一切。一些科学家实际上认为,由于主行星巨型磁场的存在,这些卫星可能比地球更适合生命的生存。这个巨大的防护罩将保护它的卫星免受有害的恒星辐射。卫星和它们的母星也可能离主恒星更远,因为这些卫星可以被潮汐力加热,而不仅仅是通过恒星辐射来获得能量。
      结语
      如果外星生命真的存在,它肯定会和地球上进化出来的生命大不相同。生命是多样性也反映了它们所处的环境。也许,即使是宇宙中最奇怪、最恶劣的环境,也可以被本土生命进化的驱动力所征服。但是也有这样一种可能性:生命在外星世界进化的方式,是以我们无法理解的形式进行的,如果真是这样,那么刚才分析的一切都将完全无效。
      地球上的每一个生物都是独一无二的。就像宇宙中不同星球上的每一个生物一样。