大爆炸以后的尘埃消散之后，只有我们地球拥有液态的水，这是形成生命的前提。

地球上存在生命是宇宙的重大秘密之一。地球上形成了生命，而宇宙中其他星球上却不存在生命，这难道是宇宙的侥幸成功？或者，如我们所知，生命只是合适的温度，适量的辐射和恰当的化学成分巧妙组合的必然产物？首先，考察一下地球上生命形成的条件，就能找到解答这一秘密的线索。

在星云的尘埃状物质紧缩成太阳和太阳系，形成行星时，它们受到了各种各样互相冲突的力的作用。重力倾向于将聚集物聚拢成原始行星，但是、星云核心部分形成的年轻的恒星日益增长的辐射又力图将这些聚集物炸裂，而最轻的、最易挥发的物质却逸散到太空中去了。

关键性变量是原始行星到太阳的距离。最靠近太阳的行星接受的热量最多，结果，失去了大多数较轻的元素。水星、金星、地球、火星这四个行星，有时被称为类地行星，因为它们都是由薄薄的大气层包围着的实心岩石行星。在温度较低的地方，轻量元素可以缩合成气态化合物，在重力作用下，这些气态化合物就可聚合在一起，结果就形成了木星、土星、海王星、天王星这四颗巨行星。类地行星是固态的，带有大气圈；而巨行星却几乎完全是由气体——主要是氢、氨、甲烷和氨气——所组成，也许还有一个岩石核心。太阳系最外层的冥王星是固态的，但几乎可以肯定是一个逃脱了的卫星，而不属于行星。

虽然氢是宇宙中最普遍、最常见的元素（在太阳和太阳系形成前的星云中，氢也是最常见的元素），但在内太阳系中氢几乎都跑散了，而类地行星几乎X占有了所有剩余的氢。

组成地球的元素还不到原始星云中元素的1%，而且，它仅仅保留了一部分原始氢，大多数氢都和氧化合成了水，形成了我们行星上的大海。

地球不但是“潮湿的”，也是一颗小小的、带有富含氧气的大气层的岩石星。所有这些特征凑合在一起，就造就了我们地球在太阳系中的地位。地球与太阳的大概距离，是地球成为岩石星的原因；而地球 - 太阳轨道的确切距离就决定了地球大气层和覆盖着地球表面的汪洋大海的特征。

看来，大量的液态水正是地球上生命形成的关键。太阳系中，其他行星都没有液态水。水星，这颗离太阳最近的行星，看来更像地核，甚至那些可能构成厚厚的岩石外壳的元素也被剥夺了。那是一颗十分紧密、十分小的行星，和其他类地行星相比，其金属含量十分丰富。水星上是如此之热，几乎连一丝大气的痕迹都不存在。它根本就不曾有过波涛滚滚的大海，也决不会成为生命的发源地。

而金星和火星的条件要好一些。虽然它们与太阳的距离不等，金星与地球几乎同样大小，组成亦十分相似。金星的大气层相当稠密、厚实，富含二氧化碳。这层气体“毯”起了类似温室玻璃墙的作用——截获了太阳发出的热量，使其表面温度升到将近932°F，在这样高的温度下，液态水是无法存在的。

火星比地球离太阳远，比较轻（按常规，在太阳系形成过程中，较轻的物质更易向外扩散），大气层稀薄，但相当可观。然而，火星温度又太低，水亦无法以液态存在。

因此，主要得归因于地球与太阳的距离，地球的大气“毯”正好使它的表面温度高于水的冰点，又低于其沸点。结果，地球就成了一颗“潮湿的”行星：水分不断从海洋上蒸发，又变成雨降下，如此循环不绝。我们知道，这正是生命存活的理想条件。这些理想条件又是如何形成的呢？

我们先来看看除去了大气层，只剩下一个光裸裸的岩石球的地球又是怎样的。看来，在我们开始讲述时，对地球的原始环境作出的这么一个假设还是相当合乎逻辑的。当这些类地行星形成时仍与其有瓜葛的一些剩余的轻质气体，在年轻的太阳平静下来，像我们今天所知的这样熠熠发光之前的不规则活动时期，可能已经被吹散了。这大约发生在46亿年之前。内行星现有的大气层来自行星内部逸出的气体——岩石受热和火山活动逸出的气体，以及大陨星以高速击中其表面时引起的蒸发现象产生的气体。

人们通常认为，地球的原始大气层富含甲烷和氨，类似于气态巨行星的大气层。这一设想与探索生命的起源有关。实验室试验表明，在密封的烧瓶中，将甲烷、氨和分子态氢及水蒸气混合在一起，然后通以电火花或紫外辐射，就能形成被视作生命先兆的分子，早期地球沐浴于太阳的紫外辐射之中，早期大气必定以闪电的形式产生了许多火花。因而，科学家们猜测，在生命形成时，甲烷和氨也在场。

但是，近期的试验表明，先兆分子也能在富含二氧化碳的试管“大气”中形成——天文学家弗富德 · 霍伊尔和钱德拉 · 威克拉马辛争论道，生命的先兆甚至存在于星际气体云和彗星物质中。今天，大气科学家争辩道，由原始逸出气体构成的大气并不像以前所设想的那样富含甲烷和氨气，其组成与现在从地球内部逸出的气体相同。金星的稠密大气和火星的稀薄大气均富含二氧化碳，这一发现给予上述结论有力的支持。然而，这二颗行星看来都失去了可以产生生命的水，而我们地球失去了二氧化碳。为什么会发生这样的情况？又是如何发生的？

答案仍然可以从这三颗行星与太阳的轨道距离中去找。对于一颗与太阳的距离是已知的岩石行星，物理学就能告诉我们它的表面状态，其中最最简单的，几乎就是行星的表面温度，而这原来就是我们所需了解的所有情况。

对金星来说，从太阳获得的热量与其辐射到宇宙空间中的热量达到平衡时的稳定温度是188℉（在不存在大气层的条件下）。因此，从气体自岩石中逸出，直到它开始在大气层中积累起来，一直维持气态。不仅仅二氧化碳，水亦将以水蒸气形式存在。水蒸气和二氧化碳都可让短波辐射从太阳到达行星表面，但它们却截获了由炎热的岩石辐射出来的波长较长的红外线。这所谓的温室效应的结果，使行星表面的初始温度高达188°F，在大气层形成的过程中，温度更迅速上升，很快就超过了水的沸点，且继续上升，一直达到今天火炉般的高温——所有生命存活的机会都丧失了。

温室效应

火星上，在气体开始外逸前，其表面稳定的温度是-67℉，那儿的环境就大不相同。冰甚至不能融化为水，更不用说蒸发作用了。虽然稀薄的二氧化碳大气层确实可以产生温室效应，但仍不足以融化今天存在的冰。在过去某个时期，火星上恰恰可能存在厚厚的大气层，足以产生温室效应，火星上确实曾经流水淙淙，并在其表面刻划出深沟峡谷，条条线线，看上去真像干涸了的河床。但从使火星上的“河流”留下斑斑伤痕的陨石坑的数目来看，火星上存在潺潺流水，或任何其他什么流体的时代，至少是在5亿年前。

而地球就不像这二颗最炎热的和最寒冷的奇特行星，它是一颗潮湿的行星。在逸出气体以前，地球表面的初始温度大约是。尔后温度有所升高一高得足以使液态的水可以流动，但又不至于高得使大量水蒸气进入大气层，产生决定性的温室效应。恰恰相反，温暖的水溶解了大气中的二氧化碳，从而抑制了温室效应。温度先有所升高，然后平均温度稳定在约59°F。从此以后，地球就保持着这样的平均温度，这部分是由于云层提供的自然调温作用。

假设太阳的温度升高一点儿，这在它的一生中是可能发生的，地球不但不会变得更热一些（或产生决定性的温室效应），相反，地球略微升温，可能会蒸发更多的海水，因此产生更多的白云，反射掉大部分新产生的热量。或者设想太阳的温度降低一点，热量减少，意味着蒸发掉的水分也减少了，生成的云也就要少一些。减少了的太阳热中，更大一部分传到了地球，因而降温的后果就不如在其他情况下那么严重。换句话说，一旦地球温度达到了合宜的、可保护生命存活的范围，由于云层的保护作用，就可保持这一温度。

但环境仍不适宜在地球上形成生命，至少，不适宜在地球表面形成生命。从太阳发出的致命的紫外辐射可穿透大气层直达地球表面，杀死任何一种可能形成的原始形式的生命。然而，海洋就不同了，它可滤去有害的紫外线，为生命进化提供一个安全港。生命在那儿形成了，它很快就开始在改变周围环境的过程中起了自己的一份作用。

最初的生命形式发现氧是有毒的，是它们生命过程中一种危险的废弃物。但是，在20 ~ 30亿年以前，由这些原始生物产生的氧开始在大气中积累起来。太阳辐射在这儿激发了化学反应（光化学反应），导致大气上层形成了臭氧（O₃）。迄今为止，臭氧层仍可滤去大部分太阳发出的可杀死生命的紫外辐射。在这一保护性过滤器的作用下，生命开始从海洋走向陆地。富含氧气的大气层的存在，促使新的生命形式——利用氧气作为生长发育的能源的原始动物——的诞生。

特殊环境

对我们现在呼吸的空气起源的这种认识，怎能帮助我们估计外星球存在生命的可能性呢？绝大多数人看来采取这样的观点：生命可能是十分稀少的。他们争辩道，生命存在的环境是十分特殊的。他们指出了这样一个事实——在我们的近邻，金星和火星上，也不见得存在生命。

然而，整个辩论也可改换一下形式：如果像太阳这样的一颗恒星，拥有一族岩石类地行星，那就很难理解，其中一颗或几颗类地行星为何不能在像地球这样的潮湿行星可以存在的温度带环绕着这颗恒星运行。假设我们的太阳稍微热一点，那我们的地球可能会比现在温暖一些。但仍然会留在生物可以生存的、潮湿、拥有生命的行星运行的区域里。金星可能仍像以前那样不合要求。但这时火星也会变成一颗带有适当厚度大气层的潮湿行星。如太阳再“凉”一些，那么金星和地球确实可以成为姊妹星。按照这一观点，看来我们的太阳系真是不大幸运，因为我们太阳的温度恰恰只能让一颗类地行星保持潮湿，而不能使太阳系拥有二颗适于居住的行星。

对从宇宙中的其他星球寻找生命的前景来说，这一观点转变十分重要。认为如果地球离太阳近一点我们将被烤焦，如果离太阳远一点，又会冻僵的悲观主义者现在显得特别忧郁。在金星和火星之间，像地球这样的行星几乎必定始终是潮湿的，是适于生物居住的。我们呼吸的空气，以及那环绕着我们的汪洋大海，并不是什么异常现象。这是在与母星相距这么远的岩石行星上必然产生的结果，在大气形成前，其表面的平衡温度至少比水的冰点高几度，但又低得足以使大部分水保持液态，不至气化。这一极小的温变范围，使任何一颗特定的岩石行星保持潮湿的机会十分微小。但是，如果我们太阳系中行星的分布模式是典型的，宇宙中适于居住的范围就相当广，其几率足以达到在每个这样的太阳系中找到一颗潮湿的行星。

像我们太阳这样的恒星，看来是养育生命的理想场所。太阳是长寿的、稳定的恒星，具有相当宽广的“'生命带”，可允许一颗潮湿的行星存在数十亿年，生命可以轻松自在地进化发展。较小的、较“凉”的恒星甚至可以活得更长久——但它们的生命带相应地较窄，这就减少了在合适的轨道中发现一颗潮湿行星的机会。较大、较热的恒星，生命带非常宽，但是，其生命周期比“凉”的恒星要短。这样，进化过程所需的时间就显得不足。众所周知，在地球上形成人和我们周围万千生物的进化历程是如此之长。

这也许就是最最令人振奋的认识。存在像我们太阳这样的恒星的地方，就应该存在像我们地球这样的行星，其最关键的特征，就是表面流水淙淙。因此，生命不但确有可能存在于宇宙中的其他星球上，而且可能是生活在拥有蓝天白云、河流树木的有水行星上，这些行星表面温度的变化范围亦恰如我们地球。比起“在笼罩着紫色或绿色的天空，拥有充满液态氨湖泊的行星上，生活着呼吸着甲烷的怪兽或有智慧的、长着水晶般透明躯体生物”的科学幻想小说来，这看来是关于事实的最简单明了地解释了。如果宇宙中确实还存在其他生命，那他们呼吸的空气，可能与我们呼吸的空气十分相似。

[Science Digest，1983年5月]