一个可能成为人类居住星球的行星无疑将经历灾难和灭绝事件。 如果生活要在一个世界上生存和发展,它必须拥有适当的内在和环境条件,以使生活成为现实。 (美国国家航空航天局GODDARD空间飞行中心)

当第一个可居住的行星形成时是什么样的?

最初的行星只有气体。 第二个包括岩石,但生活是不可能的。 这就是我们最终到达那里的方式。

在当今的宇宙中,几乎到处都有潜在宜居的行星。 地球可能是我们认为宜居的模板,但是我们可以设想各种各样的情况,这些情况与我们自己的情况有很大不同,这些情况也可能长期支持生命。

但是,到我们到达地球形成的时间时,自大爆炸发生以来已经过去了90亿年。 假设宇宙需要所有的时间来为可居住性创造必要的条件,这是完全不合理的。 当我们查看适合居住的食谱时,它们可能起源于更早的时期。 生命的成分是难题的一部分,但并非全部。 为了形成一个宜居的星球,我们必须更深入。

斯皮策太空望远镜拍摄的麦哲伦星云中太空中发现的一些原子和分子。 重元素,有机分子,水和岩石行星的产生对于我们什至有机会发生都是必要的。 (NASA / JPL-CALTECH / T.PYLE(SSC / CALTECH))

您需要的第一件事是正确的星型。 在各种各样的情况下,行星都可以在活跃的暴力恒星周围生存,并且尽管存在敌对情绪也可以居住。 像Proxima Centauri这样的红矮星可能散发出耀斑,并有剥夺潜在宜居行星大气的危险,但是没有理由说磁场,浓厚的大气层以及如此聪明的生物足以在如此激烈的事件中寻求庇护可能会结合在一起,使这种世界可持续地居住。

但是,如果您的恒星寿命太短,那么就无法居住。 因此,第一代恒星被称为“人口III”星。 我们需要恒星至少包含一些金属(氦以外的重元素),否则它们的寿命不足以使行星变得宜居,这已经使我们距大爆炸大约2.5亿年。

宇宙中的第一批恒星和星系将被(主要是)氢气的中性原子所包围,氢气吸收星光。 这些早期恒星的大质量和高温有助于使宇宙离子化,但是如果没有重元素,就完全不可能有生命和可能居住的行星。 (妮可·拉格·富勒/国家科学基金会)

假设我们可以形成质量足够低的恒星,它们可以继续燃烧数十亿年,那么我们需要的下一个成分就是正确的行星类型。 就我们了解生活而言,这意味着世界需要:

  • 能量梯度,其中能量输入不均匀,
  • 维持足够大的气氛的能力,
  • 表面上有某种形式的液态水,
  • 以及适当的原材料,在适当的环境融合下,生活可以生存和繁荣。

一个足够大的岩石行星,以适当的大气密度形成,并以适当的距离绕地球运转,是有机会的。 考虑到所有可能围绕新恒星形成的行星,以及每个星系中形成的天文数字,这三个条件很容易满足。

哈勃在猎户座星云中所拍摄的30个原行星盘或原行星盘。 要形成一颗环绕着岩石行星的恒星相对容易,但是要以微妙但重要的方式形成具有类似地球条件的恒星则更具挑战性。 (NASA / ESA和L.RICCI(ESO))

绕恒星轨道运行将提供能量梯度,就像绕行星轨道运行,拥有大卫星或只是在地质上活跃一样。 无论是来自太阳能输入还是热液/地热活动,均一的能量输入都很容易。 有了足够的碳,氢,氮,氧和其他元素,大量的气氛将使表面上有液态水。 具有这些条件的行星应该在宇宙只有3亿年历史的时候诞生。

原行星盘的图示,其中行星和小行星首先形成,当行星和小行星形成时,在它们之间产生“间隙”。 外盘提供了缠绕的材料,可以形成像我们这样的行星的地幔,地壳,大气层和海洋。 它需要几代恒星才能到达一个行星系统,该系统可以拥有一个像地球一样的行星,并具有适当水平的重元素丰度,以支持我们所知道的生命。 (NAOJ)

但是,这里必须克服的主要障碍是在元素周期表中拥有足够的这些重元素,这些元素对于我们所知道的生活至关重要。 这比仅在适当的物理条件下制造岩石行星要花费更多的时间。

之所以需要这些元素,是为了实现我们生命过程所必需的正确的生化反应。 在大型星系郊区的位置,可能要花费数十亿年的时间,才能使足够多的世代恒星生存和死亡以达到必要的丰度。

恒星在银河系中的位置与其金属性或重元素的存在之间的关系。 在银河系中心盘约3000光年以内的恒星,在数万光年的距离范围内,具有极其类似于太阳系的重元素。 但是在宇宙历史的早期,您必须靠近螺旋星系的银河中心,或者靠近高度演化的椭圆形的正确流入位置,才能找到如此重的元素。 (泽尔科·维泽奇/华盛顿大学/ SDSS-II合作)

但是在星系的心脏中,恒星形成频繁,连续地发生,并且在前几代超新星,行星状星云和中子星合并产生的可循环残余物中,其丰度会迅速上升。 即使在我们自己的银河系中,当宇宙只有7亿年的历史时,球状星团Messier 69仍然达到了我们太阳重元素含量的22%。

球状星团Messier 69非常不寻常,它既旧得令人难以置信,仅占宇宙现今年龄的5%,又具有很高的金属含量,相当于我们太阳的22%的金属度。 (HUBBLE LEGACY ARCHIVE(NASA / ESA / STSCI),VIA HST / WIKIMEDIA表示用户FABIAN RERR)

但是,银河系中心是一个相对难以解决的地方,对于行星而言,在合理的怀疑范围之内,它就不能被认为是宜居的。 无论您在哪里不断形成恒星,都会有一系列壮观的宇宙烟花。 伽马射线爆发,超新星,黑洞形成,类星体和坍塌的分子云构成的环境充其量只能使生命不稳定并难以维持。

要拥有一个我们可以自信地声明生命正在发生并维持自己的环境,我们需要使这一过程突然结束。 我们需要采取一些措施来阻止恒星形成,这反过来又使基博什陷入了对世界宜居性威胁最大的活动。 这就是为什么最早,最持久的宜居行星可能不在我们这样的星系中,而是在数十亿年前就不再形成恒星的红死星系中。

像阿贝尔1689这样的银河星团是宇宙中最大的约束结构。 例如,当螺旋合并时,会形成大量新的恒星,但是无论是合并后还是通过簇内介质加速,气体都会被剥离掉,导致恒星形成结束。 (NASA,ESA,E。JULLO(喷气推进实验室),P。NATARAJAN(耶鲁大学)和J.-P. KNEIB(LABORATOIRE D'ASTROPHYSIQUE DE MARSEILLE,法国CNRS))

今天我们看星系时,仍有约99.9%的气体和尘埃聚集在其中,这将导致新一代恒星和持续不断的恒星形成。 但是大约在1000亿年前或更久以前,大约有千分之一的星系停止形成新星。 当它们的外部燃料耗尽时(可能在灾难性的主要银河合并之后发生),恒星形成突然结束。 如果没有新的恒星形成,则质量更大,颜色更蓝的恒星将在燃料用尽时结束生命,而温度更低,颜色更红的恒星将成为唯一的幸存者。 因此,这些星系如今被称为“红色和死亡”星系,因为它们的所有恒星都是稳定,古老的,并且不受新恒星形成带来的暴力的阻碍。

其中之一,星系NGC 1277,甚至可以在我们相对的宇宙后院中找到。

在英仙座星团内部发现了“红色和死角”星系NGC 1277。 虽然其他星系包含红色和蓝色的恒星,但是这个星系在大约100亿年中还没有形成新的恒星。(NASA,ESA,M。BEASLEY(INSTITUTO DEASTROFÍSICADE CANARIAS)和P. KEHUSMAA)

最早,宜居星球的配方可能是

  • 迅速形成星星
  • 一遍又一遍,
  • 在大星系的非常密集的区域
  • 然后是一次大合并,
  • 导致了巨大的爆炸
  • 随后突然终止恒星形成,并持续不确定的未来。

这可能使我们在短短10亿年的时间里升起具有类似太阳重元素丰度的恒星和行星,而恒星形成将在宇宙距今不到20亿年的时代结束时结束。

Arp 116,由巨大的椭圆形Messier 60所控制。如果没有大量的气体形成新的恒星,星系中已经存在的恒星最终将燃烧掉,留下的光不足以照亮背后的天空。 最快用尽燃料的富含金属的椭圆星系可能是寻找宇宙中最早出现的宜居行星的最佳场所。 (NASA / ESA哈勃太空望远镜)

这是一个非常迅速,乐观的估计,但是今天的宇宙中大约有2万亿个星系,因此,宇宙奇异的星系和类似这样的统计异常星系肯定存在。 剩下的唯一问题是数量,可能性和时间表。 生命可能会在达到十亿年的极限之前在宇宙中出现,但是一个可持续的,持续宜居的世界比仅仅产生生命要取得更大的成就。

到那时,宇宙已经存在了不到20亿年的阴影-仅是当前年龄的13-14%-我们应该在其中拥有像太阳一样的恒星,像地球一样的行星的星系,并且没有什么可以阻止生命的产生或维持。 生活的成分应该在那里。 我们所知道的生活条件就在那里。 剩下的唯一一步是一门科学本身还不知道如何采取:从正确的条件和生命成分到实际的活生物体。

在以下情况下进一步了解宇宙的情况:

  • 宇宙膨胀时是什么感觉?
  • 大爆炸第一次开始时是什么样的?
  • 宇宙最热时是什么感觉?
  • 宇宙最初制造的物质多于反物质时的感觉如何?
  • 希格斯将宇宙传给宇宙是什么感觉?
  • 我们第一次制造质子和中子时是什么样的?
  • 当我们失去最后的反物质是什么感觉?
  • 宇宙的第一个元素是什么样的?
  • 宇宙最初制造原子是什么感觉?
  • 当宇宙中没有星星时,感觉如何?
  • 当第一批恒星开始照亮宇宙时是什么样的感觉?
  • 最初的恒星死了是什么感觉?
  • 宇宙产生第二代恒星是什么样的感觉?
  • 宇宙产生第一个星系时是什么样的感觉?
  • 当星光第一次冲破宇宙中性原子时,感觉如何?
  • 第一个超大质量黑洞形成时是什么样的感觉?
  • 第一次实现宇宙的生活是什么感觉?
  • 当星系形成最多数量的恒星时,感觉如何?

凭借《爆炸》的开始,现在在《福布斯》上发表,并在我们的Patreon支持者的支持下在《中等》上重新发布。 伊桑(Ethan)撰写了两本书,《超越银河》和《 Treknology:从Tricorders到Warp Drive的《星际迷航》。