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现在的我们经历了九死一生的历程。进化过程很有可能完全是另外一个样子,但没有可能是由异乎寻常的偶发事件造成的。从突如其来的冰川期到小行星撞击地球期,地球生物经历了种种突发事故、奇怪境况以及重重灾难,生命应对这些事件的方式,最终造就了我们。
若果真如此,那么我們只能从最宏观的角度来理解生命历程。生命有机体由周边环境造就,而环境又是由火山和冰盖等巨大地质作用力及不停变化的气候造成的。
不过,我们的理解应该再拓展一下。如果这些力受到广袤宇宙中重大作用力的影响,将会出现什么状况呢?太阳系及银河系中的宇宙事件是否也同样发挥了作用呢?我们真的要感谢这些星球,感谢它们造就了我们吗?
天文事件引起生物进化过程改变的理论有一个最广为人知的假设:恐龙灭绝是由6600万年前巨大的陨石撞击事件造成的。1980年,物理学家路易斯·阿尔瓦雷斯和他的儿子地质学家沃尔特·阿尔瓦雷斯及其同事提出了这个观点。
研究人员发现,恐龙灭绝期堆积于全世界的沉积岩中,含有大量的稀有元素铱。研究小组认为,铱元素可能来自陨石猛烈撞击地球后的尘埃碎片。小行星中铱元素的含量比地球高,而陨石最有可能来自小行星。
这一重大事件会对进化史产生一定的影响。
这种撞击力是如何导致恐龙灭绝的,仍然颇有争议,不过,有很多种可能。
撞击过程中释放的能量可能引发了全球性的野火。研究人员认为,陨石要释放出定量的铱元素,陨石坑的直径必须达到10千米左右。庞大的陨石撞击时释放的能量,是氢弹爆炸的成千上万倍。此外,爆炸产生的尘埃与碎片进入空中,可能会遮挡太阳光,导致几年后的气温骤降。
1991年,一些科学家在墨西哥尤卡坦半岛的希克苏鲁伯发现了一个直径大于160千米的陨石坑,进一步证实了撞击冲击力假说。墨西哥陨石坑形成的地质年代恰逢恐龙灭绝期。
虽然不知道撞击对恐龙灭绝有多大影响,但有证据证明,当时恐龙本来就在减少。不过,我们仍有充足的理由认为,重大撞击事件会对进化史造成一定的影响。于是,我们开始关注潜在的毁灭性陨石撞击事件。
然而,陨石撞击理论并非解释6600万年前恐龙灭绝事件的唯一理论。
德宏二村是日本空间保护协会的研究员,而这个协会的宗旨是监控可能会撞击地球的近地球物体。2016年3月,二村及其同事提出,灭绝事件、全球变冷以及铱层都可能源于太阳系穿透了分子云:分子云是太空中可以形成恒星的大团气体与尘埃。聚集在大气层中的尘埃可能形成了一层反射阳光、冷却地球的薄雾。
6600万年前的恐龙灭绝事件只是几次“大灭绝”事件中的一次
这一观点由英国天文学家威廉·麦克雷于1975年提出。他认为,地球穿过星际尘埃带会引发冰川期。同一年,天文学家米切尔·比格尔曼与马丁·里斯指出,尘埃可能会影响太阳粒子作用于地球大气层的方式,使地球遭受大量辐射,引发灭绝事件和气候变化。
如今,二村重提麦克雷的观点,认为希克苏鲁伯撞击事件似乎没有足够大的毁灭力,造成白垩纪末期的重大灭绝事件。
不过,眼下这也大都是臆测。加拿大萨斯喀彻温省里贾纳大学的天文学家马丁·比奇说:“这一观点非常有趣、貌似有理,让我震惊不已。不过,至今还没有得到充分的证实,也没有确凿的证据来支持。”
6600万年前发生的灭绝事件只是几次“大灭绝”事件之一,几次“大灭绝”中,全球许多物种似乎瞬间就消失得无影无踪了。
最起码,几次“大灭绝”是由地球以外的作用力造成的。
最大的灭绝事件发生于2.52亿年前的二叠纪末期,当时多达9 6%的地球生物似乎都灭绝了,现在的所有生物都是当时幸存下来的那4%的生物的后代。因此,我们很容易推想,如果灭绝事件未曾发生,进化史就会截然不同。其他物种相继灭绝后,得以幸存的物种就有机会繁衍发展,变得更加多样化,否则,根本不可能有这样的机会。
长期以来,古生物学家一直在探讨几次“大灭绝”的原因。
如同蝴蝶效应一样,造成几次“大灭绝”的原因很可能是生态系统的运作方式自身造成的。所有生物都相互依存,一个小种群的小变化,可能会造成多米诺骨牌效应,冲击整个系统。
不过,更有可能的是,几次“大灭绝”事件是由地球以外的作用力造成的。
三叠纪末期发生过一次“大灭绝”事件。当时地球上约有一半物种从此消失了。这次事件可能是由火山活动频繁造成的,还可能造成了气候变化。不过,也有可能是由陨石撞击事件所致。
到目前为止,大约每隔2600万年就会出现一次“大灭绝”。 灾难性的撞击事件或许并非偶然,并非离群的小行星或者彗星偶然撞到了地球,而是因宇宙环境不断地让这些天体靠近地球。
最广为人知的观点是,太阳有一颗暗淡的伴星,名为“复仇女神”或者“死亡之星”。因其距离太阳很远,所以没能直接观测到。这颗伴星可能会定期吸引太阳系边缘的许多冰冷岩石块冲入地球。
这一观点由两个天文学家团队于1984年提出:一个是丹尼尔·惠特迈尔和艾伯特·杰克逊,另一个是马克·戴维斯、理查德·马勒和皮特·哈特。1984年年初有一项发现,认为在过去的5亿年里,大约每隔2600万年,就会出现一次“大灭绝”。这些天文学家都受到了这一观点启发。
沿着离太阳1.5光年的轨道围绕太阳旋转的“复仇女神”的引力,会干扰奥尔特云。奥尔特云是大团的冰冷物体,在冥王星运行轨道外0.8光年至3光年远的地方,受到的太阳引力不强。奥尔特云产生许多长周期彗星,这些彗星每隔几百年才会回到太阳系内部一次。
我们在太阳系中很可能再也发现不了任何行星了。
“复仇女神”应该是一颗小恒星:或许是颗红矮星,也或许是一颗比木星大不了多少的褐矮星。因此,先前没有发现它,也没什么好大惊小怪的。即使用最先进的望远镜,在这么远的地方也很难发现它。
不过,这并不是“复仇女神星”理论的唯一问题。
2010年发表的一项研究报告中,就职于美国堪萨斯大学的天体物理学家阿德里安·梅洛特与就职于华盛顿特区史密斯学会的古生物学家理查德·班巴奇,利用最新数据再次分析了化石记录。他们确证每2700万年就发生一次“大灭绝”事件。不过,他们也认为这太过规律,无法与“复仇女神星”理论相吻合。这么遥远的小恒星一定会受到周围恒星的干扰,造成不规律的彗星汇集现象。
但也有观点认为,“大灭绝”浪潮可能不是由伴星所致,而是由另一颗行星所致。
1985年,惠特迈尔及其同事约翰·马泰塞提出,可能还有相对较小的岩质行星,质量大约相当于地球的5倍,远离海王星,绕着太阳系轨道运行。岩质行星可能会从近处的柯伊伯带而非奥尔特云中吸出许多彗星。柯伊伯帶是太阳系边缘的又一圈冰冷岩石。惠特迈尔与马泰塞将他们假想的物体命名为“X行星”。
我们很有可能再也无法在太阳系中发现另一颗行星了,哪怕是一颗只比地球大一点的行星。2015年,“新视野”号宇宙飞船抵达冥王星及其卫星卡戎,辨认出柯伊伯带中的其他巨型天体。X行星漆黑一片,也不反光,我们根本无法进行天文观测。
海洋物种的种类每6200万年波动一次。
2016年1月,天文学家提出,太阳系中存在第九颗行星,在海王星之外的轨道上运行,质量大约是地球的10倍。这是观测到柯伊伯带天体的清晰图像后提出的,证明这些天体似乎受到一种看不见的力的干扰。
假如的确存在第九颗行星,可能不会像X行星那样运行。不过第九颗行星的说法表明,我们并不知道外太空究竟有什么。
惠特迈尔现就职于美国阿肯色大学,他对X行星的假设进行了深入的研究。在2015年的一项研究报告中,他说,X行星假设与梅洛特和班巴奇每2700万年出现一次“大灭绝”的理论是一致的。此外,惠特迈尔认为,能解释化石记录中另一种振荡现象的,还有一颗这样的行星,就叫Y行星。
2015年,理查德·马勒和罗伯特·罗德提出了以下模式。他们发现,海洋物种的种类每6200万年波动一次:这种变化由灭绝率变化或新物种形成率变化引起。
梅洛特认为,这些模式貌似是由一些“隐而不显的”行星造成大量彗星撞击事件引起的。不过,也有可能是由其他更久远的宇宙事件引起的。
2007年,梅洛特与他的同事米哈伊尔·梅德韦杰夫提出,每6200万年的波动可能是由太阳系定期穿越银河系引发的。
宇宙射线撞击事件可以改变大气层的化学成分。
银河系的形状有点像盘子。银河系转动时,太阳在银道面上起起落落,很像一匹旋转木马,可以改变穿过太阳系照射到地球的宇宙射线量。
宇宙射线由一些能够射穿太空的高能亚原子粒子构成,比如质子和电子。这些射线源于高能的天文进程。有的似乎源于超新星(燃料耗尽后便会爆炸的恒星),还有的源于其他星系中心的黑洞。
宇宙射线影响地球环境,进而影响进化过程的方式是多种多样的。
宇宙射线本身有害。与空气中的分子碰撞时会产生粒子流,导致基因突变,对生物有害。不过,低水平突变可增加优胜劣汰后锐减的生物种类,促进生物多样化。
宇宙射线撞击事件还可以改变大气层的化学成分。撞击时会产生许多带电粒子,影响云层形成、气候,还可能破坏保护地球免受太阳有害紫外线辐射的臭氧层。
来自太空的致命射线似乎真的是引起进化变化的原因之一。许多宇宙射线都源于银河系内的超新星,因此,太阳系在银河系中的起起落落会改变宇宙射线的通过率,影响到地球上的生物。
不过,奇怪的是,这种影响只显现在海洋生物化石中。如今,连梅洛特本人都认为,这终究无法解释化石记录中每6200万年的波动周期。2011年,梅洛特指出,起因可能是固有的地质“地球脉冲”现象,与构造活动变化有关。 梅洛特和他的同事认为,海洋的沉积岩成分中也有类似的变化模式。由板块构造运动引起的造山速度和侵蚀速度变化也是如此。
超新星只有在距地球大约30光年的范围内时,才会对地球造成毁灭性影响。
我们经常受到少量宇宙射线的辐射。不过,单个的超新星足够接近太阳系时,就会引发致命的粒子爆炸。
与超新星一样,恒星也在不断爆炸,爆炸之际能够照亮整个星系。其他星系每年也发生许多爆炸事件,不过,银河系最近一次可见的爆炸事件发生在大约140年前。1572年也有一次,爆炸的那颗恒星通体发光,肉眼都能看得清清楚楚,天文学家第谷·布拉赫也亲眼看到了。
“第谷超新星”在离地球7500光年远的地方,距离遥远,十分安全。假如爆炸发生时距离地球很近,麻烦就大了。高能粒子、X射线以及伽马射线就会横扫地球,造成毁灭性后果。
发生过这样的事吗?
据估计,超新星在距地球约30光年的距离内,才能对地球造成毁灭性影响,而在这个范围内的恒星不多。
不过,在2002年的一份研究报告中,天文学家估计,在过去的1100万年里,离地球大约420光年处可能有20颗超新星,组成恒星群,有的离地球只有130光年。化石记录中可能有毁灭事件的依据。
射线破坏臭氧层后会造成间接危害。
当然,射线似乎在沉积岩留下了蛛丝马迹。超新星将爆炸星球的外层及地球上稀有的原子播撒在太空中。
超新星留下的遗迹中有一种属于铁,名为铁60,无法在地球上自然形成。1999年,在约500万年前形成的深海地质构造富钴结壳中,物理学家发现了大量的铁60。科学家还在月球“土壤”中发现了铁60,似乎产生于距地球320光年的两颗超新星,它们的爆炸时间分别是约700万年前和200万年前。
这两颗超新星爆炸在化石记录中留下了痕迹。
2016年8月发表的一份研究报告中,德国慕尼黑工业大学的天体物理学家肖恩·毕晓普和他的同事指出,他们在化石氧化铁晶体中发现了铁60。这些晶体源于利用磁性氧化物使自身与地球磁场吻合的细菌。铁60出现于280万年至260万年前形成的海洋沉积物化石中。
生物可能受到了这些超新星的干扰。
從遥远地方传来的X射线与伽马射线本身并不构成直接威胁。毕晓普说:“这些射线穿不透地球大气层,不会直接导致绝育或大灭绝。”
不过,他还认为,这些射线会破坏臭氧层,造成间接危害。“从南极地区出现臭氧洞后,我们就明白,随着臭氧层日趋减少,来自太阳的紫外线会穿透地球表面,影响到生命有机体。”
天文学家纳西索·贝尼特斯与同事计算过,远距离的超新星可能会耗尽大气层中的臭氧。
此外,2016年7月发表的一项研究报告中,梅洛特和他的同事提出,来自超新星的宇宙射线可能会增加到达地面的高能中子数和μ介子数,对陆生生物的辐射总量会翻3倍。研究人员认为,这会引发致癌突变和气候变化。
大约260万年前,上新世与更新世交替之际,似乎发生过一次小灭绝。不过,我们无法确定是否与超新星有关。
毕晓普认为,并无直接证据证明超新星影响了生物进化史。“数百万年后,将极难证明这一点。”经过漫长的时间后,根本无法收集、检测突变的基因化石,更无法进行事件前后的基因对比。
不过,还存在另一种更猛烈的宇宙爆发事件。
天空偶尔会出现伽马射线爆发事件:释放伽马射线的大爆炸事件,持续时间在零点几秒至几小时之间。宇宙事件中,伽马射线爆发是目前已知的能量最大的事件之一。质量超大的恒星爆炸时,就会产生伽马射线。
地球历史悠久,必然遭受过多次伽马射线爆发的影响。
幸运的是,到目前为止,伽马射线爆发只发生在遥远的星系。不过,只要伽马射线在近处爆发一次,超新星的爆炸就如同放鞭炮,完全是小巫见大巫。梅洛特说:“我们无法预测伽马射线爆发,最起码无法提前几小时预测。”
幸运的是,梅洛特认为,只有在离地球足够近的地方发生的伽马射线爆发才威力无比,大约每隔1.7亿年才发生一次,而且必须是在距地球10000光年内的地方。
这种概率微乎其微。2004年,梅洛特提出,大约在奥陶纪末期,也就是4.4亿年前发生的生物大灭绝,可能与伽马射线爆发有关。
此外,来自奥陶纪爆发的X射线和伽马射线可能会严重破坏臭氧层,在大气层形成浓密的氮氧化合物,使全球变冷。
梅洛特认为,奥陶纪晚期的生物大灭绝模式与上图相符。浅水海洋生物接触过的紫外线辐射可能比深水海洋生物多,遭受的射线冲击似乎更严重。之后,气候也明显变得更冷了。
减小恒星质量,可能会阻止爆炸事件发生。
还会发生爆炸吗?地球还剩大约20亿年的寿命,20亿年后,太阳会使地球膨胀,不适宜人类居住。2011年,比奇在一项分析报告中提出,在此之前,可能还有约20次超新星爆炸事件与一次伽马射线爆发,距离地球足够近,会对地球造成危害。这些数据令人触目惊心。
梅洛特还说,我们可以估算出附近恒星的年龄,并能早早看到附近的超新星。猎户星座中的参宿四是随后(接下来的几百万年中的任意时刻)可能爆炸的最近的一颗。但因距离原因,不会造成任何危害。
比奇认为,为躲避引发灾难性后果的超新星,我们甚至有可能去改造恒星的构造。他说:“文明人在知道超新星会出现在自己的栖息地附近后,为了生存,会选择试造超级天体工程项目。” 或许可以通过减轻恒星质量或混入能延迟爆发的材料,来阻止爆炸事件发生。比奇说:“我不清楚物理操作过程,不过,物理原理及延长恒星寿命的行为却很好理解。”
比奇认为,变成超新星之前的恒星,可能是更文明的外星人的理想栖居之地。如果恒星开始表现得异常,就意味着出现了有意的干预活动。
威胁地球生物的宇宙因素还可能更加古怪。
就职于哈佛大学的物理学家丽萨·兰道尔在2015年出版的专著《暗物质与恐龙》中写道,神秘的宇宙暗物质可能是恐龙的最终杀手。
古怪的暗物质会在银道面上形成一个圆盘。
暗物质没有与光发生相互作用,因此,我们无法直接看到它。暗物质只会利用引力来影响普通物质:暗物质有质量,所以和其他物质一样,有重力作用。
我们不知道暗物质到底是什么,还未曾探测到暗物质中的一个粒子。不过,大多数物理学家和天文学家都认为暗物质是存在的。如果没有暗物质,星系的转速这么快,必然会散落。
暗物质的质量估计是普通物质的1倍至5倍,公认呈球状晕圈,围绕在星系周围。
兰道尔认为,有种暗物质与其他暗物质截然不同。
除重力外,“古怪的暗物质”还可能承受着另一种作用力,类似于使普通物质与光相互作用的电磁力。暗物质会在银道面上形成圆盘,太阳系穿越圆盘时可能会干扰奥尔特云中彗星的轨道,引发了6600万年前的大灭绝。
就职于纽约大学的生物学家邁克尔·兰皮诺进一步拓展了这个观点。他在2015年发表的一篇研究报告提出,暗物质粒子可能在地核处被捕获与破坏,释放出足以引发火山活动的能量,造成与大灭绝有关的地球脉冲现象(如梅洛特所言)。
在可预见的未来,我们不希望发生会造成行星毁灭的陨石撞击事件。
也许吧。不过,一些科学家认为,这大都属于臆测。在宇宙学研究领域,兰道尔属于科学超级明星,假如这不是她提出来的,可能不会引起太多关注。
梅洛特说:“为了弄清楚兰道尔的体系,必须找到新的物理方法。”
比奇表示赞同:“我认为兰道尔的观点貌似很玄。”
不过,他补充道,银河系是否有圆盘状暗物质还不清楚,“但是,由于我们对银盘内暗物质的分布和组成知之甚少,在当下尚不确定的阶段内,兰道尔的观点是可行的”。
说句老生常谈吧:观点有趣无比,但全都是臆测。我们应该相信吗?
上述所有观点都未经证实,许多都是臆测。不过,仔细想想,地球上的生物似乎毫无疑问地涉及(并取决于)各种宇宙作用力,难点在于确定每个具体事件是由哪种宇宙现象引起的。
漫长的时间跨度后,这些作用力会消耗殆尽,因此,无须担心对生物圈的潜在威胁。当然,最明智的做法肯定是时刻保持警惕,但是没有人希望在可预见的未来里发生陨石撞击事件,造成行星毁灭。
不过,也不是说人类文明就可以摆脱各种太空威胁。
梅洛特说,我们最应该关注太阳耀斑。太阳耀斑是来自太阳的突然爆发活动,会将高能粒子和辐射喷涌到地球上。太阳耀斑产生的电磁脉冲会严重破坏远程通信。
天文事件也可能是地球生物的福分,而非负担。
1859年的天文事件严重破坏了早期的电报通信网,使得运营商震惊不已,当时产生的火花还引发了火灾。如今,我们更依赖于电信网,后果也会更致命。2012年,我们与太阳超级风暴擦肩而过,幸免于难,但1989年的天文事件却破坏了加拿大的电网。
假如天文事件真的会让文明难以为继,那也会在进化记录中留下印记,但会阻止人类正在咎由自取的大灭绝。这是相当有讽刺意味的。
因此,天文事件可能是地球生物的福分,而非负担,会让我们有所收敛,本分行事,并意识到,在宇宙面前我们是多么微不足道。
若果真如此,那么我們只能从最宏观的角度来理解生命历程。生命有机体由周边环境造就,而环境又是由火山和冰盖等巨大地质作用力及不停变化的气候造成的。
不过,我们的理解应该再拓展一下。如果这些力受到广袤宇宙中重大作用力的影响,将会出现什么状况呢?太阳系及银河系中的宇宙事件是否也同样发挥了作用呢?我们真的要感谢这些星球,感谢它们造就了我们吗?
天文事件引起生物进化过程改变的理论有一个最广为人知的假设:恐龙灭绝是由6600万年前巨大的陨石撞击事件造成的。1980年,物理学家路易斯·阿尔瓦雷斯和他的儿子地质学家沃尔特·阿尔瓦雷斯及其同事提出了这个观点。
研究人员发现,恐龙灭绝期堆积于全世界的沉积岩中,含有大量的稀有元素铱。研究小组认为,铱元素可能来自陨石猛烈撞击地球后的尘埃碎片。小行星中铱元素的含量比地球高,而陨石最有可能来自小行星。
这一重大事件会对进化史产生一定的影响。
这种撞击力是如何导致恐龙灭绝的,仍然颇有争议,不过,有很多种可能。
撞击过程中释放的能量可能引发了全球性的野火。研究人员认为,陨石要释放出定量的铱元素,陨石坑的直径必须达到10千米左右。庞大的陨石撞击时释放的能量,是氢弹爆炸的成千上万倍。此外,爆炸产生的尘埃与碎片进入空中,可能会遮挡太阳光,导致几年后的气温骤降。
1991年,一些科学家在墨西哥尤卡坦半岛的希克苏鲁伯发现了一个直径大于160千米的陨石坑,进一步证实了撞击冲击力假说。墨西哥陨石坑形成的地质年代恰逢恐龙灭绝期。
虽然不知道撞击对恐龙灭绝有多大影响,但有证据证明,当时恐龙本来就在减少。不过,我们仍有充足的理由认为,重大撞击事件会对进化史造成一定的影响。于是,我们开始关注潜在的毁灭性陨石撞击事件。
然而,陨石撞击理论并非解释6600万年前恐龙灭绝事件的唯一理论。
德宏二村是日本空间保护协会的研究员,而这个协会的宗旨是监控可能会撞击地球的近地球物体。2016年3月,二村及其同事提出,灭绝事件、全球变冷以及铱层都可能源于太阳系穿透了分子云:分子云是太空中可以形成恒星的大团气体与尘埃。聚集在大气层中的尘埃可能形成了一层反射阳光、冷却地球的薄雾。
6600万年前的恐龙灭绝事件只是几次“大灭绝”事件中的一次
这一观点由英国天文学家威廉·麦克雷于1975年提出。他认为,地球穿过星际尘埃带会引发冰川期。同一年,天文学家米切尔·比格尔曼与马丁·里斯指出,尘埃可能会影响太阳粒子作用于地球大气层的方式,使地球遭受大量辐射,引发灭绝事件和气候变化。
如今,二村重提麦克雷的观点,认为希克苏鲁伯撞击事件似乎没有足够大的毁灭力,造成白垩纪末期的重大灭绝事件。
不过,眼下这也大都是臆测。加拿大萨斯喀彻温省里贾纳大学的天文学家马丁·比奇说:“这一观点非常有趣、貌似有理,让我震惊不已。不过,至今还没有得到充分的证实,也没有确凿的证据来支持。”
6600万年前发生的灭绝事件只是几次“大灭绝”事件之一,几次“大灭绝”中,全球许多物种似乎瞬间就消失得无影无踪了。
最起码,几次“大灭绝”是由地球以外的作用力造成的。
最大的灭绝事件发生于2.52亿年前的二叠纪末期,当时多达9 6%的地球生物似乎都灭绝了,现在的所有生物都是当时幸存下来的那4%的生物的后代。因此,我们很容易推想,如果灭绝事件未曾发生,进化史就会截然不同。其他物种相继灭绝后,得以幸存的物种就有机会繁衍发展,变得更加多样化,否则,根本不可能有这样的机会。
长期以来,古生物学家一直在探讨几次“大灭绝”的原因。
如同蝴蝶效应一样,造成几次“大灭绝”的原因很可能是生态系统的运作方式自身造成的。所有生物都相互依存,一个小种群的小变化,可能会造成多米诺骨牌效应,冲击整个系统。
不过,更有可能的是,几次“大灭绝”事件是由地球以外的作用力造成的。
三叠纪末期发生过一次“大灭绝”事件。当时地球上约有一半物种从此消失了。这次事件可能是由火山活动频繁造成的,还可能造成了气候变化。不过,也有可能是由陨石撞击事件所致。
到目前为止,大约每隔2600万年就会出现一次“大灭绝”。 灾难性的撞击事件或许并非偶然,并非离群的小行星或者彗星偶然撞到了地球,而是因宇宙环境不断地让这些天体靠近地球。
最广为人知的观点是,太阳有一颗暗淡的伴星,名为“复仇女神”或者“死亡之星”。因其距离太阳很远,所以没能直接观测到。这颗伴星可能会定期吸引太阳系边缘的许多冰冷岩石块冲入地球。
这一观点由两个天文学家团队于1984年提出:一个是丹尼尔·惠特迈尔和艾伯特·杰克逊,另一个是马克·戴维斯、理查德·马勒和皮特·哈特。1984年年初有一项发现,认为在过去的5亿年里,大约每隔2600万年,就会出现一次“大灭绝”。这些天文学家都受到了这一观点启发。
沿着离太阳1.5光年的轨道围绕太阳旋转的“复仇女神”的引力,会干扰奥尔特云。奥尔特云是大团的冰冷物体,在冥王星运行轨道外0.8光年至3光年远的地方,受到的太阳引力不强。奥尔特云产生许多长周期彗星,这些彗星每隔几百年才会回到太阳系内部一次。
我们在太阳系中很可能再也发现不了任何行星了。
“复仇女神”应该是一颗小恒星:或许是颗红矮星,也或许是一颗比木星大不了多少的褐矮星。因此,先前没有发现它,也没什么好大惊小怪的。即使用最先进的望远镜,在这么远的地方也很难发现它。
不过,这并不是“复仇女神星”理论的唯一问题。
2010年发表的一项研究报告中,就职于美国堪萨斯大学的天体物理学家阿德里安·梅洛特与就职于华盛顿特区史密斯学会的古生物学家理查德·班巴奇,利用最新数据再次分析了化石记录。他们确证每2700万年就发生一次“大灭绝”事件。不过,他们也认为这太过规律,无法与“复仇女神星”理论相吻合。这么遥远的小恒星一定会受到周围恒星的干扰,造成不规律的彗星汇集现象。
但也有观点认为,“大灭绝”浪潮可能不是由伴星所致,而是由另一颗行星所致。
1985年,惠特迈尔及其同事约翰·马泰塞提出,可能还有相对较小的岩质行星,质量大约相当于地球的5倍,远离海王星,绕着太阳系轨道运行。岩质行星可能会从近处的柯伊伯带而非奥尔特云中吸出许多彗星。柯伊伯帶是太阳系边缘的又一圈冰冷岩石。惠特迈尔与马泰塞将他们假想的物体命名为“X行星”。
我们很有可能再也无法在太阳系中发现另一颗行星了,哪怕是一颗只比地球大一点的行星。2015年,“新视野”号宇宙飞船抵达冥王星及其卫星卡戎,辨认出柯伊伯带中的其他巨型天体。X行星漆黑一片,也不反光,我们根本无法进行天文观测。
海洋物种的种类每6200万年波动一次。
2016年1月,天文学家提出,太阳系中存在第九颗行星,在海王星之外的轨道上运行,质量大约是地球的10倍。这是观测到柯伊伯带天体的清晰图像后提出的,证明这些天体似乎受到一种看不见的力的干扰。
假如的确存在第九颗行星,可能不会像X行星那样运行。不过第九颗行星的说法表明,我们并不知道外太空究竟有什么。
惠特迈尔现就职于美国阿肯色大学,他对X行星的假设进行了深入的研究。在2015年的一项研究报告中,他说,X行星假设与梅洛特和班巴奇每2700万年出现一次“大灭绝”的理论是一致的。此外,惠特迈尔认为,能解释化石记录中另一种振荡现象的,还有一颗这样的行星,就叫Y行星。
2015年,理查德·马勒和罗伯特·罗德提出了以下模式。他们发现,海洋物种的种类每6200万年波动一次:这种变化由灭绝率变化或新物种形成率变化引起。
梅洛特认为,这些模式貌似是由一些“隐而不显的”行星造成大量彗星撞击事件引起的。不过,也有可能是由其他更久远的宇宙事件引起的。
2007年,梅洛特与他的同事米哈伊尔·梅德韦杰夫提出,每6200万年的波动可能是由太阳系定期穿越银河系引发的。
宇宙射线撞击事件可以改变大气层的化学成分。
银河系的形状有点像盘子。银河系转动时,太阳在银道面上起起落落,很像一匹旋转木马,可以改变穿过太阳系照射到地球的宇宙射线量。
宇宙射线由一些能够射穿太空的高能亚原子粒子构成,比如质子和电子。这些射线源于高能的天文进程。有的似乎源于超新星(燃料耗尽后便会爆炸的恒星),还有的源于其他星系中心的黑洞。
宇宙射线影响地球环境,进而影响进化过程的方式是多种多样的。
宇宙射线本身有害。与空气中的分子碰撞时会产生粒子流,导致基因突变,对生物有害。不过,低水平突变可增加优胜劣汰后锐减的生物种类,促进生物多样化。
宇宙射线撞击事件还可以改变大气层的化学成分。撞击时会产生许多带电粒子,影响云层形成、气候,还可能破坏保护地球免受太阳有害紫外线辐射的臭氧层。
来自太空的致命射线似乎真的是引起进化变化的原因之一。许多宇宙射线都源于银河系内的超新星,因此,太阳系在银河系中的起起落落会改变宇宙射线的通过率,影响到地球上的生物。
不过,奇怪的是,这种影响只显现在海洋生物化石中。如今,连梅洛特本人都认为,这终究无法解释化石记录中每6200万年的波动周期。2011年,梅洛特指出,起因可能是固有的地质“地球脉冲”现象,与构造活动变化有关。 梅洛特和他的同事认为,海洋的沉积岩成分中也有类似的变化模式。由板块构造运动引起的造山速度和侵蚀速度变化也是如此。
超新星只有在距地球大约30光年的范围内时,才会对地球造成毁灭性影响。
我们经常受到少量宇宙射线的辐射。不过,单个的超新星足够接近太阳系时,就会引发致命的粒子爆炸。
与超新星一样,恒星也在不断爆炸,爆炸之际能够照亮整个星系。其他星系每年也发生许多爆炸事件,不过,银河系最近一次可见的爆炸事件发生在大约140年前。1572年也有一次,爆炸的那颗恒星通体发光,肉眼都能看得清清楚楚,天文学家第谷·布拉赫也亲眼看到了。
“第谷超新星”在离地球7500光年远的地方,距离遥远,十分安全。假如爆炸发生时距离地球很近,麻烦就大了。高能粒子、X射线以及伽马射线就会横扫地球,造成毁灭性后果。
发生过这样的事吗?
据估计,超新星在距地球约30光年的距离内,才能对地球造成毁灭性影响,而在这个范围内的恒星不多。
不过,在2002年的一份研究报告中,天文学家估计,在过去的1100万年里,离地球大约420光年处可能有20颗超新星,组成恒星群,有的离地球只有130光年。化石记录中可能有毁灭事件的依据。
射线破坏臭氧层后会造成间接危害。
当然,射线似乎在沉积岩留下了蛛丝马迹。超新星将爆炸星球的外层及地球上稀有的原子播撒在太空中。
超新星留下的遗迹中有一种属于铁,名为铁60,无法在地球上自然形成。1999年,在约500万年前形成的深海地质构造富钴结壳中,物理学家发现了大量的铁60。科学家还在月球“土壤”中发现了铁60,似乎产生于距地球320光年的两颗超新星,它们的爆炸时间分别是约700万年前和200万年前。
这两颗超新星爆炸在化石记录中留下了痕迹。
2016年8月发表的一份研究报告中,德国慕尼黑工业大学的天体物理学家肖恩·毕晓普和他的同事指出,他们在化石氧化铁晶体中发现了铁60。这些晶体源于利用磁性氧化物使自身与地球磁场吻合的细菌。铁60出现于280万年至260万年前形成的海洋沉积物化石中。
生物可能受到了这些超新星的干扰。
從遥远地方传来的X射线与伽马射线本身并不构成直接威胁。毕晓普说:“这些射线穿不透地球大气层,不会直接导致绝育或大灭绝。”
不过,他还认为,这些射线会破坏臭氧层,造成间接危害。“从南极地区出现臭氧洞后,我们就明白,随着臭氧层日趋减少,来自太阳的紫外线会穿透地球表面,影响到生命有机体。”
天文学家纳西索·贝尼特斯与同事计算过,远距离的超新星可能会耗尽大气层中的臭氧。
此外,2016年7月发表的一项研究报告中,梅洛特和他的同事提出,来自超新星的宇宙射线可能会增加到达地面的高能中子数和μ介子数,对陆生生物的辐射总量会翻3倍。研究人员认为,这会引发致癌突变和气候变化。
大约260万年前,上新世与更新世交替之际,似乎发生过一次小灭绝。不过,我们无法确定是否与超新星有关。
毕晓普认为,并无直接证据证明超新星影响了生物进化史。“数百万年后,将极难证明这一点。”经过漫长的时间后,根本无法收集、检测突变的基因化石,更无法进行事件前后的基因对比。
不过,还存在另一种更猛烈的宇宙爆发事件。
天空偶尔会出现伽马射线爆发事件:释放伽马射线的大爆炸事件,持续时间在零点几秒至几小时之间。宇宙事件中,伽马射线爆发是目前已知的能量最大的事件之一。质量超大的恒星爆炸时,就会产生伽马射线。
地球历史悠久,必然遭受过多次伽马射线爆发的影响。
幸运的是,到目前为止,伽马射线爆发只发生在遥远的星系。不过,只要伽马射线在近处爆发一次,超新星的爆炸就如同放鞭炮,完全是小巫见大巫。梅洛特说:“我们无法预测伽马射线爆发,最起码无法提前几小时预测。”
幸运的是,梅洛特认为,只有在离地球足够近的地方发生的伽马射线爆发才威力无比,大约每隔1.7亿年才发生一次,而且必须是在距地球10000光年内的地方。
这种概率微乎其微。2004年,梅洛特提出,大约在奥陶纪末期,也就是4.4亿年前发生的生物大灭绝,可能与伽马射线爆发有关。
此外,来自奥陶纪爆发的X射线和伽马射线可能会严重破坏臭氧层,在大气层形成浓密的氮氧化合物,使全球变冷。
梅洛特认为,奥陶纪晚期的生物大灭绝模式与上图相符。浅水海洋生物接触过的紫外线辐射可能比深水海洋生物多,遭受的射线冲击似乎更严重。之后,气候也明显变得更冷了。
减小恒星质量,可能会阻止爆炸事件发生。
还会发生爆炸吗?地球还剩大约20亿年的寿命,20亿年后,太阳会使地球膨胀,不适宜人类居住。2011年,比奇在一项分析报告中提出,在此之前,可能还有约20次超新星爆炸事件与一次伽马射线爆发,距离地球足够近,会对地球造成危害。这些数据令人触目惊心。
梅洛特还说,我们可以估算出附近恒星的年龄,并能早早看到附近的超新星。猎户星座中的参宿四是随后(接下来的几百万年中的任意时刻)可能爆炸的最近的一颗。但因距离原因,不会造成任何危害。
比奇认为,为躲避引发灾难性后果的超新星,我们甚至有可能去改造恒星的构造。他说:“文明人在知道超新星会出现在自己的栖息地附近后,为了生存,会选择试造超级天体工程项目。” 或许可以通过减轻恒星质量或混入能延迟爆发的材料,来阻止爆炸事件发生。比奇说:“我不清楚物理操作过程,不过,物理原理及延长恒星寿命的行为却很好理解。”
比奇认为,变成超新星之前的恒星,可能是更文明的外星人的理想栖居之地。如果恒星开始表现得异常,就意味着出现了有意的干预活动。
威胁地球生物的宇宙因素还可能更加古怪。
就职于哈佛大学的物理学家丽萨·兰道尔在2015年出版的专著《暗物质与恐龙》中写道,神秘的宇宙暗物质可能是恐龙的最终杀手。
古怪的暗物质会在银道面上形成一个圆盘。
暗物质没有与光发生相互作用,因此,我们无法直接看到它。暗物质只会利用引力来影响普通物质:暗物质有质量,所以和其他物质一样,有重力作用。
我们不知道暗物质到底是什么,还未曾探测到暗物质中的一个粒子。不过,大多数物理学家和天文学家都认为暗物质是存在的。如果没有暗物质,星系的转速这么快,必然会散落。
暗物质的质量估计是普通物质的1倍至5倍,公认呈球状晕圈,围绕在星系周围。
兰道尔认为,有种暗物质与其他暗物质截然不同。
除重力外,“古怪的暗物质”还可能承受着另一种作用力,类似于使普通物质与光相互作用的电磁力。暗物质会在银道面上形成圆盘,太阳系穿越圆盘时可能会干扰奥尔特云中彗星的轨道,引发了6600万年前的大灭绝。
就职于纽约大学的生物学家邁克尔·兰皮诺进一步拓展了这个观点。他在2015年发表的一篇研究报告提出,暗物质粒子可能在地核处被捕获与破坏,释放出足以引发火山活动的能量,造成与大灭绝有关的地球脉冲现象(如梅洛特所言)。
在可预见的未来,我们不希望发生会造成行星毁灭的陨石撞击事件。
也许吧。不过,一些科学家认为,这大都属于臆测。在宇宙学研究领域,兰道尔属于科学超级明星,假如这不是她提出来的,可能不会引起太多关注。
梅洛特说:“为了弄清楚兰道尔的体系,必须找到新的物理方法。”
比奇表示赞同:“我认为兰道尔的观点貌似很玄。”
不过,他补充道,银河系是否有圆盘状暗物质还不清楚,“但是,由于我们对银盘内暗物质的分布和组成知之甚少,在当下尚不确定的阶段内,兰道尔的观点是可行的”。
说句老生常谈吧:观点有趣无比,但全都是臆测。我们应该相信吗?
上述所有观点都未经证实,许多都是臆测。不过,仔细想想,地球上的生物似乎毫无疑问地涉及(并取决于)各种宇宙作用力,难点在于确定每个具体事件是由哪种宇宙现象引起的。
漫长的时间跨度后,这些作用力会消耗殆尽,因此,无须担心对生物圈的潜在威胁。当然,最明智的做法肯定是时刻保持警惕,但是没有人希望在可预见的未来里发生陨石撞击事件,造成行星毁灭。
不过,也不是说人类文明就可以摆脱各种太空威胁。
梅洛特说,我们最应该关注太阳耀斑。太阳耀斑是来自太阳的突然爆发活动,会将高能粒子和辐射喷涌到地球上。太阳耀斑产生的电磁脉冲会严重破坏远程通信。
天文事件也可能是地球生物的福分,而非负担。
1859年的天文事件严重破坏了早期的电报通信网,使得运营商震惊不已,当时产生的火花还引发了火灾。如今,我们更依赖于电信网,后果也会更致命。2012年,我们与太阳超级风暴擦肩而过,幸免于难,但1989年的天文事件却破坏了加拿大的电网。
假如天文事件真的会让文明难以为继,那也会在进化记录中留下印记,但会阻止人类正在咎由自取的大灭绝。这是相当有讽刺意味的。
因此,天文事件可能是地球生物的福分,而非负担,会让我们有所收敛,本分行事,并意识到,在宇宙面前我们是多么微不足道。