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想给地球“杀菌”?欢迎来到水熊虫的世界。

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截止到如今(2017.7.24),我们已经确认了3499个地外行星,发清楚明了2609个行星体系。在这些地外行星中,有将近80%是由凌星的办法发明的。而跟着新一代的千里镜和光谱仪的应用(JWST、TMT等),我们有望在不远的将来探测到行星大年夜气的成分,从而由此揣摸行星上是否有生命。 探测到地外生命的概率由两个数值决定,一个是所有行星中有生命产生的行星的比例,第二是一个行星从生命出生到被我们不雅测到的时光内生命一向存续的概率。第一个数值比较难估计,然则第二个值对地外生命的探测也是很重要的。这篇文章的内容根本上来自参考文献[1],感到是一个有趣的脑洞。
我们并不克不及直接计算出身命存续的概率是多大年夜,然则我们知道在天文范畴内产生灾害性现象的概率是多大年夜。换言之, 只要我们数清楚有若干天文现象能给地球“杀菌”,把地球上的所有生命都杀逝世,就可以知道生命存续的概率有多大年夜了。实际上有不少论文已经对能使人类灭尽的现象给出了却论,如在将来100年内地球遭受2公里大年夜小的小行星或者彗星撞击的概率是
10
−4
10−4
[2],两亿年内地球很可能遭受1次伽马射线暴和20次超新星爆发[3]。这么看来人类的生命切实其实比较脆弱。然则假如我们发挥博爱的精力,将视野放到全部生物圈中,我们能找到一种上天入地无所不克不及生命力很倔强的生物来代表地球上所有的生命吗?
还真有。
#水熊虫(Tardigrade)\n
\n
Bob Goldstein and Vicky Madden, UNC Chapel Hill,CC BY-SA 3.0
徐行动物门(学名:Tardigrata)是动物界的一个门,是俗称水熊虫的一类小型动物,重要生活在淡水的沉渣、潮湿泥土以及苔藓植物的水膜中,少数种类生活在海水的潮间带。有记录的大年夜约有750余种,个中很多种是世界性分布的。在喜马拉雅山脉(海拔6000米以上)或深海(海拔4000米以下)都可以找到它们的踪迹。从此直至今天,人们对徐行动物在动物分类中的地位、形态学、生活方法、组织学以及其隐生性的研究兴趣就有增无减。
徐行动物也是第一种已知可以在太空中生计的动物。
维基百科
因为长着像熊爪的爪子,所以这个很小(不跨越1.5mm)的动物被称为水熊虫。水熊虫可以在151或者-272 摄氏度的情况中生计几分钟,在真空、高压或者高辐射的情况里也没有问题;有几只甚至在太空中成功地进行了滋长。假如你想杀逝世一只水熊虫,请看这里。
既然水熊虫的生命力这么倔强,将水熊虫杀逝世须要什么样的条(nao)件(dong)呢?
#将海洋煮沸\n
生活在陆地上的我们是很脆弱的:大年夜气层温度的变更会将我们冻逝世/热逝世、强烈的辐射会使臭氧层消掉,把我们裸露在辐射情况中。然则海洋对外界情况的变更没有那么敏感。即使是小行星撞击带来的低温也不会使海洋有很大年夜的改变(恐龙很可能因为小行星撞击而灭尽了,但90%种类的鱼类仍然存活了下来);同时即使地球遭受着很强的高能辐射,海水会大年夜量接收使得海平面几米以下的海洋辐射量仍保持在正常的程度。所以海洋是保持生命存续的一道樊篱。
然则海水接收了辐射之后温度会上升,所以几位作者(经由过程他们的脑洞)想到了:假如某个天文现象可以经由过程加温的方法移除海洋,那么海洋变成陆地,大年夜家不就都完了么?同时作者欲望对概率做一个上限的估计,所以就放宽了一点前提:我们所能推敲的天文现象(小行星撞击、超新星爆发和伽马射线暴)中,能把海洋煮沸的现象产生的概率有多大年夜?
根据海水的比热容和质量,我们可以算出让海水升温100 摄氏度须要的能量是
5.6×
10
26
J
5.6×1026J
,这相当于半个多地球大年夜小的TNT火药爆炸所产生的能量。
假设这些能量全部由一个小行星从无穷远处落到地球外面的动能供给,那么我们须要一个质量大年夜于
1.7×
10
18
kg
1.7×1018kg
的小行星。如许的小行星太阳系里面有(比如灶神星和智神星),然则不多,加起来也只有19颗。模型猜测的地球被不合质量小行星撞击的概率如下:
小行星撞击概率随质量的关系。虚线表示能灭尽地球上所有生命的质量范围;来自参考文献[1]
\n
可以看出概率在
10
−9
10−9
每十亿年的量级。
超新星爆发时所抛射的能量很大年夜,然则能量会向四面八方扩散,地球须要离超新星足够近才能获得够多的能量将海水煮沸。这个距离是若干呢?0.04秒差距,也就是0.13光年。比邻星距离我们4.22光年,所以即使在比邻星的距离上产生了超新星爆发,海洋的温度也只会上升0.1 摄氏度。
应用银河系模型,我们可以算出在不合的地位邻近(
来自参考文献[1]
\n
固然看起来银心和银道面的概率挺高,然则整体的量级都在
10
−6
10−6
每十亿年以下。
对伽马射线暴的计算和超新星类似;不合的是我们可以假设伽马射线暴呈喷流状,能量会更集中。如许的话可以或许煮沸海洋的距离就变为了13.8秒差距,比超新星远了很多。然则因为伽马射线暴的产生概率比超新星的小,所以可以或许杀逝世地球上所有生物的伽马射线暴产生概率只有
3.2×
10
−10
3.2×10−10
,比前两种可能性低很多。
总的来说,经由过程这三种办法给地球“杀菌”成功的可能性只有\n
10
−7
10−7
每十亿年,也就是每一百亿亿年一次。
#没有其余办法了吗?\n
有,太阳。太阳在生命的晚期会膨胀,最终变成白矮星。即使膨胀的时刻不足以使地球上的海洋沸腾,太阳逝世亡之后长时光的低温也能灭尽地球上所有的生物(包含水熊虫)。除非地球在太阳膨胀的时刻被抛离太阳系,然后被别的一个恒星捕获。
无论若何,这篇文章的结论是相对乐不雅的:一旦生命在行星中产生,就很难被灭尽。然则这个难是对于水熊虫来说的,或许有朝一日地球会变成水熊虫的世界?

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