原创 马志飞 2025-02-22 20:05 广东
▲ 金星的大气层以二氧化碳为主，温室效应导致金星表面的热量难以散发，形成了极端的高温高压环境。（视觉中国 / 图）
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一项研究揭示了金星的悲剧性演化路径，它表明行星的宜居性极度脆弱，微妙的平衡一旦被打破，“天堂”亦会沦为 “炼狱”。
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文｜南方周末特约撰稿 马志飞
责任编辑｜朱力远
2025年2月15日傍晚，夜幕缓缓降临，月亮还没有升起，天空中就已经开始上演了一幕壮丽的视觉盛宴——金星迎来“最亮”的极值，成为真正的“夜空中最亮的星”。然而，人类对太阳系中离地球最近的这颗行星了解其实并不多。
长期以来，关于金星的环境演变存在着诸多争论，这颗星球上是否有过海洋？它究竟经历了怎样的演化历程？近日，一项研究揭示了金星大气演化的可能路径，表明金星或许曾经拥有过类似地球的宜居环境。
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地球的“姊妹行星”
金星，我国民间称“启明星”“太白星”或“太白金星”。由于它非常明亮，且经常出现在黎明或黄昏时分，因此常被古人视为吉祥或灾难的预兆。实际上，这是因为金星是太阳系中离地球最近的行星，而且其轨道位于地球内侧，距离太阳较近，表面有浓密大气笼罩，反照率高达72%，远高于其他行星，因此在地球上观测到的金星格外明亮。
金星的直径、质量和密度均接近地球(比地球略小)，内部结构也极为相似，拥有可能呈熔融状态的铁镍核心、呈固体且局部熔融状态的硅酸盐地幔和岩石地壳，长久以来被视为地球的“姊妹行星”。但奇怪的是，它们二者的地表环境却有天壤之别。据观测，金星拥有65-100千米厚的大气层，以二氧化碳为主（含量超过95%），浓厚的大气层导致金星表面的热量难以散发，形成了极端的高温高压环境，表面温度高达450-470℃，表面压力约为10兆帕，相当于地球大洋海平面以下1000米深处的压力。很显然，在这样的环境下，任何已知的生命形式都无法生存。
此外，金星的自转周期长达243个地球日，比其公转周期还长，且自转方向与地球相反，显得极其另类。而且，金星没有强大的磁场，也就无法像地球那样保护大气层免受太阳风等宇宙射线的侵害。这种极端环境与地球宜人的生态圈形成了鲜明反差，也引起了人们的思考：这对“姊妹行星”为何会有截然不同的命运？
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早期的金星类似地球
地质学家和天文学家经过长期研究，总结了类地行星的火山、岩浆、构造等地质现象的演化历史，认为类地行星的演化过程可分为五个主要阶段: 第一阶段是46亿年以前的行星形成时，发生核部分离作用；第二阶段是形成完整的行星壳层并在晚期发生强烈撞击；第三阶段为二次分异作用，即玄武岩喷发阶段；第四阶段为持续的构造、火山活动；第五阶段是板块构造活动阶段并持续活动、演化至今。其中，地球是唯一达到第五阶段的类地行星，并使地壳物质再次循环。
但是，科学家对金星的认识还比较模糊，一般认为它很可能达到了演化的第四阶段，未发现像地球那样的全球性板块构造活动的迹象。
早在42亿年前，随着早期地球逐渐冷却，地球表面就诞生了原始海洋，可金星表面是否存在过原始海洋，仍无定论。2016年，美国亚利桑那州图森市行星科学研究所的科学家借助通常用于研究地球气候变化的环境条件模型，模拟金星如何随着时间的推移演化，结果表明早期的金星与地球极为相似，在很大一部分时间里可能是宜居的，拥有适宜的温度和厚厚的云层，甚至可能偶尔会降下小雪。2019年，美国国家航空航天局戈达德太空研究所的科研团队通过气候模型模拟发现，若金星在形成初期拥有浅层海洋，其表面温度可在20-50℃之间维持长达30亿年。由此推断，金星在大气发生根本性转变之前可能存在液态水。
然而，2024年12月3日，英国剑桥大学的科学家在学术期刊《自然-天文学》上发表的一项研究成果却给出了截然相反的结论。他们用一个化学模型确定了最能反映大气观测结果的金星内部组成，发现金星内部缺乏氢，表明这颗行星现在比地球干燥得多，由此推断金星可能从来没有过适合海洋形成的条件，并据此认为与金星相似的系外行星不太可能拥有液态水或者宜居环境。
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从宜居到炼狱
无论早期的金星与地球有多么相似，在后续的演化过程中受到某些特殊因素的影响，这对“一母同胞”的“姊妹行星”竟然分道扬镳，走上了迥然不同的命运之路：一个成了极端炽热、死气沉沉的“炼狱”，一个成了宜居宜业、生机勃勃的“天堂”。关于这种特殊的因素，有学者认为，可能是受到自转速度过慢的影响，使得金星液态外核的对流停止，无法生成全球性磁场，从而造成“保护层崩溃”；也有学者认为，早期金星存在类似地球的板块运动，但失去水分后使得内部温度升高，从而引起较大分异作用导致岩石圈整体下沉并增厚，如此一来就可能形成单一的全球性“大陆”而阻止板块构造活动。
2025年1月10日，发表于《科学进展》的一项研究利用三维模拟软件对金星的全球热构造对流进行了三维球形数值模拟，重建了金星构造演化史。模拟结果显示，即使金星早期拥有类似地球的板块构造和温和的气候，一些微小的扰动，例如地表温度升高或地壳强度增加，都可能导致其构造体制发生转变，从类似地球的“活动盖层”进入“停滞盖层”模式。在这种模式下，金星内部热量无法通过地壳运动有效释放，却导致地幔周期性翻转。每一次地幔翻转事件都会导致大量岩浆喷发，释放出大量的二氧化碳、水蒸气和二氧化硫等气体，迫使大气压力迅速增加。这一过程不仅严重加剧了金星的温室效应，还造成了碳循环崩溃。在板块运动活跃时期，碳能够与土壤和岩石中的元素结合，并伴随着持续的板块运动被深深埋入地下。然而，随着板块运动停滞，碳也无法被封存，从而使得大气中的二氧化碳浓度飙升，造成温室效应失控。
金星的宜居期终结于内部地质活动与外部气候变化的双重打击，当这场持续数亿年的“死亡螺旋”跨越某个临界点，便成了不可逆转的灾难。金星的悲剧警示我们，行星宜居性极度脆弱，地质活动、大气演化与恒星辐射的微妙平衡一旦打破，“天堂”亦会沦为 “炼狱”。
然而，当前气候变化正将地球温度推向现代人类从未经历过的高温。据2025年1月17日英国《卫报》报道，2024年全球大气中二氧化碳浓度创下年度新高，夏威夷冒纳罗亚全球大气本底观测站监测到的二氧化碳浓度达到427ppm，这一年全球平均气温比1850-1900年的工业化前水平高出了1.6℃，是自1850年有相关记录以来最热的年份，多项关键气候指标破纪录。2024年创纪录的高温引发了持续的热浪、干旱、野火和风暴等，影响了全球数十亿人。有科学家预计，2025年可能不会打破2024年的纪录，但仍将是有记录以来最热的三年之一。未来的地球是否也有可能跨越气候临界点，重演金星的悲剧，不仅令人担忧，更值得我们深思。
