在地球上的任何地方，無(wú)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(guò)去曾發(fā)生過(guò)大規(guī)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(xiàn)以及不斷進(jìn)化以來(lái)，還沒(méi)有任何事件徹底滅絕過(guò)生命。這意味著，盡管曾發(fā)生過(guò)許多生命滅絕和其他重大事件，但在過(guò)去 30 億到 40 億年內(nèi)，地球氣候始終保持著相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。
這其實(shí)是非常奇怪的。我們知道，像太陽(yáng)這樣的恒星隨著 “年齡”的增長(zhǎng)會(huì)變得更熱。很久以前，太陽(yáng)大約要比現(xiàn)在暗 30%。這意味著古老的地球要么應(yīng)該是個(gè)冰凍的固體，要么就非常暖和甚至滾燙。然而事實(shí)上，地球并未出現(xiàn)過(guò)這兩種極端情況。這被稱(chēng)為 “黯淡太陽(yáng)悖論”(Faint Young Sun Paradox)。
許多科學(xué)家假設(shè)地球擁有某種 “恒溫器”，可以幫助地球平衡系統(tǒng)，從而不會(huì)變得太熱或太冷。這其實(shí)是個(gè) “負(fù)反饋系統(tǒng)”，即如果地球變暖，“恒溫器”就會(huì)以某種方式發(fā)揮作用，幫助地球降溫。
但我們知道，地球還存在 “正反饋系統(tǒng)”。如果人們向空氣中釋放過(guò)多的二氧化碳，海洋就會(huì)變暖，這會(huì)讓海洋釋放更多的二氧化碳，這就形成了惡劣的 “反饋循環(huán)”。但如果空氣中的二氧化碳太少，地球就會(huì)凍結(jié)成固體。所以，也許我們非常幸運(yùn)，地球上的環(huán)境只是碰巧在生命存在的億萬(wàn)年里保持穩(wěn)定。
那么從科學(xué)角度講，這是偶然，還是某種機(jī)制在發(fā)揮作用?亦或是兩者兼而有之?
為了找出答案，科學(xué)家們進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)造了 10 萬(wàn)顆行星模擬機(jī)制。在這些行星中，每顆都被賦予隨機(jī)的氣候反饋條件，有些是負(fù)反饋，有些是正反饋，并跟蹤了它們 30 億年的溫度變化。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，科學(xué)家們沒(méi)有模擬其他變量，例如水分含量或可呼吸大氣。科學(xué)家們想要知道，是否有行星能像地球那樣長(zhǎng)時(shí)間保持適宜生命生存的溫度。
模擬反饋并不是基于空氣中二氧化碳水平這樣的真實(shí)反饋。相反，科學(xué)家們給行星分配了隨機(jī)的數(shù)學(xué)反饋，通過(guò)輸入嚴(yán)格的數(shù)字來(lái)看看到底會(huì)發(fā)生什么。同時(shí)，科學(xué)家們還在隨機(jī)時(shí)間放大隨機(jī)變量，以模擬導(dǎo)致溫度劇烈變化的外部因素，類(lèi)似于小行星撞擊或超級(jí)火山噴發(fā)等。
然后，科學(xué)家們讓每顆行星模擬運(yùn)行 100 次，其中的變量稍有變化，看看溫度會(huì)發(fā)生什么改變。這里的重點(diǎn)不是創(chuàng)建完整的氣候模擬，而是看單個(gè)因素在星球的宜居性中扮演何種重要程度的角色。
科學(xué)家檢驗(yàn)了兩個(gè)假設(shè)：第一個(gè)假設(shè)是反饋沒(méi)有影響，所以是隨機(jī)波動(dòng)決定了星球上的氣候環(huán)境。如果某顆行星保持宜居溫度數(shù)十億年，這只是純粹的偶然;第二個(gè)假設(shè)是，無(wú)論是負(fù)面的還是正面反饋，成功或失敗都是必然的，單個(gè)因素不起太大作用。
換句話(huà)說(shuō)，科學(xué)家希望了解氣候反饋是否真的是地球如此長(zhǎng)時(shí)間保持宜居狀態(tài)的原因，或者我們只是足夠幸運(yùn)而已。如果某顆行星的溫度在 30 億年的模擬中保持相對(duì)穩(wěn)定，那么它就被認(rèn)為是宜居的。
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)模擬的結(jié)果很有趣。在 10 萬(wàn)顆行星中，在每顆行星的 100 次模擬運(yùn)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(yùn)行 100 次，表明沒(méi)有任何因素能阻止其成為宜居星球。
總的來(lái)說(shuō)，通過(guò)觀(guān)察這些結(jié)果以及它們是如何發(fā)生的，科學(xué)家的結(jié)論是，反饋和隨機(jī)因素都在行星保持適宜溫度過(guò)程中發(fā)揮了作用。但顯然，“命運(yùn)偏愛(ài)有準(zhǔn)備的星球。”
那么，我們能不能將這個(gè)結(jié)論應(yīng)用到地球上，即我們擁有的反饋和隨機(jī)因素保證了我們星球的宜居性?如果我們回到過(guò)去，稍微改變下環(huán)境，我們還會(huì)擁有宜居的環(huán)境嗎?
上面只是個(gè)非常簡(jiǎn)單的測(cè)試，科學(xué)家們應(yīng)該做更復(fù)雜的測(cè)試。畢竟，地球已經(jīng)有幾次接近臨界點(diǎn)。所以不難想象，小行星撞擊或其他因素會(huì)讓地球不再宜居。 但根據(jù)模擬可以得出這樣的結(jié)論：大多數(shù)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(gè)例外。
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