这需要进化3或40亿年生产一个聪明人。如果气候在那段时间完全失败一次,那么进化就会突然停止,我们现在就不会在这里了。因此,为了了解我们如何在地球上存在,我们需要知道地球如何在数十亿年的时间里保持适合生命的状态。
这不是一个小问题。当前的全球变暖向我们表明,即使在几个世纪的时间里,气候也可能发生很大的变化。在地质时间尺度上,改变气候就更容易了。
计算表明,地球气候有可能在短短几百万年内恶化到冰点以下或沸点以上。
我们还知道,自从生命首次进化以来,太阳的亮度已经增加了 30%。从理论上讲,这应该导致海洋现在沸腾,因为它们并没有沸腾。一般来说冻结在早期地球上——这被称为“微弱的年轻太阳悖论”。然而,不知何故,这个宜居性难题得到了解决。
科学家们提出了两种主要理论。首先,地球可能拥有像恒温器这样的东西——一种反馈机制(或多种机制),可以防止气候漂移到致命的温度。
第二个是,在众多的行星中,也许有些行星是靠运气而生存下来的,而地球就是其中之一。近几十年来太阳系外许多行星的发现使第二种情况变得更加可信——所谓的行星系外行星。
对遥远恒星的天文观测告诉我们,许多恒星都有行星绕其运行,其中一些恒星的大小、密度和轨道距离使得理论上可能存在适合生命存在的温度。据估计,至少有20亿个这样的候选行星仅在我们的银河系中。
科学家们很乐意前往这些系外行星,调查它们中是否有任何一颗能够与地球数十亿年的气候稳定性相媲美。但即使是最近的系外行星,那些绕恒星运行的行星半人马座旁边,距离超过四光年。观察或实验证据很难获得。
相反,我通过建模探索了同样的问题。使用旨在模拟一般行星(不仅仅是地球)气候演变的计算机程序,我首先生成了 100,000 个行星,每个都有一组随机不同的气候反馈。气候反馈是可以放大或缩小的过程– 以北极的海冰融化为例,它用吸收阳光的公海取代了反射阳光的冰,这反过来又导致更多的变暖和融化。
为了研究这些不同的行星在巨大的(地质)时间尺度内保持适宜居住的可能性,我对每个行星进行了 100 次模拟。每次地球都从不同的初始温度开始,并随机经历一组不同的气候事件。
这些事件代表了气候改变因素,例如喷发(如皮纳图博山但要大得多)和影响(例如杀死)。在这 100 次运行中,每一次,我们都会对行星的温度进行跟踪,直到它变得太热或太冷,或者已经存在了 30 亿年,此时它被认为可能是智慧生命的考验地。
模拟结果给了这个宜居性问题一个明确的答案,至少在反馈和运气的重要性方面是这样。一颗行星具有如此强烈的稳定反馈,以至于无论随机气候事件如何,它在 100 次中都保持适宜居住,这是非常罕见的(事实上,只有十万分之一)。
事实上,大多数至少保持过一次宜居状态的行星在 100 颗行星中出现的次数不到十次。在模拟中,几乎每一次行星保持宜居状态长达 30 亿年,部分原因在于运气。
随机生成 1,000 个不同的行星并运行两次。绿色圆圈表示可居住 30 亿年。 (托比·泰瑞尔饰演)
与此同时,运气本身也被证明是不够的。那些被专门设计为完全没有反馈的行星永远不会保持宜居状态;随机行走,受到气候事件的影响,永远不会持续整个过程。
这个总体结果是稳健的,即结果部分取决于反馈,部分取决于运气。对模型的各种改变并没有影响它。言下之意是,地球因此必须拥有一些稳定气候的反馈,但同时福一定也参与了保持适宜居住的过程。
例如,如果小行星或太阳耀斑比实际尺寸稍大,或者发生在稍微不同(更关键)的时间,我们今天可能就不会出现在地球上。
它从不同的角度解释了为什么我们能够回顾地球非凡的、极其漫长的生命进化、多样化、变得越来越复杂的历史,以至于它产生了我们。