地球幾十億年來真的宜居嗎？只能說我們太幸運
（原標題：WHY IS EARTH STILL HABITABLE AFTER BILLIONS OF YEARS? IN PART, WE'RE JUST LUCKY.）
作者 | 小小
出品 | 本站科技《知否》欄目組（公衆號：tech_163）
在地球上的任何地方，無論在空氣、海洋、陸地亦或是地下深處，我們幾乎都能看到生命的存在。
地球過去曾發生過大規模的物種滅絕事件，有些甚至滅絕了大部分生命。然而，自從生命在地球上出現以及不斷進化以來，還沒有任何事件徹底滅絕過生命。 這意味着，儘管曾發生過許多生命滅絕和其他重大事件，但在過去30億到40億年內，地球氣候始終保持着相對穩定的狀態。
圖1：藝術渲染圖中描繪了沒有水的地球(左)，右圖則是從太空中看到的地球實貌
這其實是非常奇怪的。我們知道，像太陽這樣的恆星隨着“年齡”的增長會變得更熱。很久以前，太陽大約要比現在暗30%。這意味着古老的地球要麼應該是個冰凍的固體，要麼就非常暖和甚至滾燙。然而事實上，地球並未出現過這兩種極端情況。這被稱爲“黯淡太陽悖論”（Faint Young Sun Paradox）。
許多科學家假設地球擁有某種“恆溫器”，可以幫助地球平衡系統，從而不會變得太熱或太冷。這其實是個“負反饋系統”，即如果地球變暖，“恆溫器”就會以某種方式發揮作用，幫助地球降溫。
圖2：白堊紀末期的藝術渲染圖
但我們知道，地球還存在“正反饋系統”。如果人們向空氣中釋放過多的二氧化碳，海洋就會變暖，這會讓海洋釋放更多的二氧化碳，這就形成了惡劣的“反饋循環”。但如果空氣中的二氧化碳太少，地球就會凍結成固體。所以，也許我們非常幸運，地球上的環境只是碰巧在生命存在的億萬年裡保持穩定。
那麼從科學角度講，這是偶然，還是某種機制在發揮作用？亦或是兩者兼而有之？
爲了找出答案，科學家們進行了實驗，創造了10萬顆行星模擬機制。在這些行星中，每顆都被賦予隨機的氣候反饋條件，有些是負反饋，有些是正反饋，並跟蹤了它們30億年的溫度變化。爲了簡單起見，科學家們沒有模擬其他變量，例如水分含量或可呼吸大氣。科學家們想要知道，是否有行星能像地球那樣長時間保持適宜生命生存的溫度。
模擬反饋並不是基於空氣中二氧化碳水平這樣的真實反饋。相反，科學家們給行星分配了隨機的數學反饋，通過輸入嚴格的數字來看看到底會發生什麼。同時，科學家們還在隨機時間放大隨機變量，以模擬導致溫度劇烈變化的外部因素，類似於小行星撞擊或超級火山噴發等。
然後，科學家們讓每顆行星模擬運行100次，其中的變量稍有變化，看看溫度會發生什麼改變。這裡的重點不是創建完整的氣候模擬，而是看單個因素在星球的宜居性中扮演何種重要程度的角色。
科學家檢驗了兩個假設：第一個假設是反饋沒有影響，所以是隨機波動決定了星球上的氣候環境。如果某顆行星保持宜居溫度數十億年，這只是純粹的偶然；第二個假設是，無論是負面的還是正面反饋，成功或失敗都是必然的，單個因素不起太大作用。
換句話說，科學家希望瞭解氣候反饋是否真的是地球如此長時間保持宜居狀態的原因，或者我們只是足夠幸運而已。如果某顆行星的溫度在30億年的模擬中保持相對穩定，那麼它就被認爲是宜居的。
圖3：與地球相似的系外行星藝術渲染圖
科學家發現模擬的結果很有趣。在10萬顆行星中，在每顆行星的100次模擬運行中，有9%至少成功了一次。有些行星成功了兩次甚至三次。但是在100顆行星中，只有1顆行星能成功運行100次，表明沒有任何因素能阻止其成爲宜居星球。
總的來說，通過觀察這些結果以及它們是如何發生的，科學家的結論是，反饋和隨機因素都在行星保持適宜溫度過程中發揮了作用。但顯然，“命運偏愛有準備的星球。”
那麼，我們能不能將這個結論應用到地球上，即我們擁有的反饋和隨機因素保證了我們星球的宜居性？如果我們回到過去，稍微改變下環境，我們還會擁有宜居的環境嗎？
上面只是個非常簡單的測試，科學家們應該做更復雜的測試。畢竟，地球已經有幾次接近臨界點。所以不難想象，小行星撞擊或其他因素會讓地球不再宜居。 但根據模擬可以得出這樣的結論：大多數與地球相似的系外行星都不適合生存，而像地球這樣的行星是個例外。 （小小）
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