郑永春：系外行星真的适合人类生存吗

这是阿波罗航天员拍摄的地球从月球的地平线上升起的照片。太空中那蔚蓝色的星球是如此与众不同，如此生机勃勃，如此弥足珍贵

文/郑永春

在很多新闻报道中，系外行星往往被称为“超级地球”、“最类似地球的行星”、“第二地球”等，这似乎描绘了一个光明的前景，人类未来有可能移居到这些星球上去。但作为冷静的探索者，我们需要思考这些系外行星是否真的像地球一样，人类未来是否真的有可能移居到这些行星。

如果是短期登陆探访，有很多太空探索的目的地可供人类选择，因为密闭的登陆舱和厚重的宇航服可以保护我们。但如果要移居到另一颗星球，这就要求找到一个适宜人类长期居住的天体，这个天体必须具备更为苛刻的条件：

首先，要有大气层的保护。以地球海平面的大气压力为1个标准大气压为标准，医院里的高压氧气治疗为1.4个大气压，珠穆朗玛峰顶约为0.41个大气压。如果系外行星的大气太稠密或太稀薄，人类的心肺功能都将难以承受。如金星表面是90个大气压，连载人登陆都无法实现，更不可能适合人类生存了。

除大气压外，还要拥有合理的大气成分和比例。地球大气的主要成分是氧气和氮气，而且要符合一定比例。氧气含量过高，人会发生“醉氧”，过低则会缺氧。但是，目前的探测手段还难以确定系外行星是否拥有大气层，更难以判断大气成分。从太阳系的经验分析，土卫六的大气是氮气和甲烷，木卫二为纯氧，金星大气主要为二氧化碳，可能大多数系外行星的大气成分主要为氮气、甲烷、二氧化碳等，根本不适合人类生存。除了氧气，地球大气层中的微量气体也发挥了很大作用，比如臭氧过滤掉了对人类危害最大的紫外辐射。系外行星如果没有臭氧层，人类患皮肤癌的概率将大大增加。

其次，要有液态水和适宜的温度。水是生命之源，根据地球的经验，生命的存在离不开水。有了水，才有可能形成生态系统，人与生物圈才能形成相互依赖、不断进化的生态系统，否则人类单独是难以长期生存的。实际上，现有科技手段还无法证实系外行星上是否有液态水，只能根据系外行星与恒星之间的距离来估算行星上的温度，并根据温度范围推断是否有液态水的存在，并非探明真的存在液态水。即使系外行星与恒星的距离位于宜居带内，也并不能保证行星表面具有适宜的温度。行星大气层的密度和成分将显著影响行星表面的温度。

根据达尔文的进化论，生命的演化需要经历漫长的历史。太阳作为太阳系的母恒星，是一颗中等质量的恒星，人类预测其寿命大约100亿年。现在太阳的演化已经过去约50亿年，地球的形成已历经了46亿年。地球诞生后8亿年才出现简单的生命，而人类的出现则不过250万年。换言之，太阳系诞生约50亿年后才繁衍出高度发达的文明。在宇宙中，如果母恒星的质量太大，其寿命就会比较短，它的行星就会来不及在母恒星的“有生之年”演化出相对复杂的生命。

再次，适宜居住的系外行星必须有一个岩石质的表面，让人类可以继续生活在陆地上。由于系外行星的质量越小就越难观测到，所以早期发现的系外行星大多是木星那样巨大的气液态行星，并不适合生命生存。适宜居住的还要有一个完美的磁场，可以屏蔽来自恒星和恒星际的高能带电粒子；这些行星必须已经演化到了中年阶段，内部能量的释放比较温和，因为处于演化早期的年轻行星往往会狂暴地释放内部能量，地震和火山爆发的强度和频度太大，人类在这些自然灾害面前的生存机会将十分渺茫。

最后，系外行星所属的恒星的能量释放要比较稳定，否则人类在恒星爆发的超级带电粒子风暴面前只能坐以待毙。行星系统要已经演化到晚期阶段，大量的小天体碎片已经被大的行星吸积，行星际空间逐渐清朗，可以大大降低行星被小天体撞击的几率。

总之，人类之所以能在地球上生存，是因为地球穿了几层保护人类的防护衣。第一层是磁场，它屏蔽了大量高能带电粒子，保护我们免受高剂量辐射的伤害；第二层是大气层，它提供了人类呼吸所需的氧气和植物生长所需的二氧化碳，其中的臭氧又过滤掉对人体有害的紫外线；第三层是水圈，水作为载体，促进了地球各圈层之间的物质循环和生物的新陈代谢。

郑永春 中国科学院国家天文台

首届香江学者，中国科学院青年创新促进会首批会员，国家科普专家