假如没有月球,地球上还会孕育出复杂的生命吗?对这个问题存在诸多争论

从朦胧的新月变成光辉的满月,再渐渐回到残月,月复一月的盈亏消长,月亮的善变世人皆知。然而月不可貌相。尽管它在天空中的样子可能改变,有一个基本事实是恒定不变的:一团 7.3 千亿亿吨重的岩石在距地球约 38 万公里的地方绕着它转。所有眼睛看得见的人类都见过它。自地球上的海洋最初形成以来,月亮就引发了海洋中的潮汐。

所以月亮很古老。但它并非必然的存在。看看太阳系中的其他岩质行星。金星的大小与地球最接近,但它并没有自己的「月亮」。小小的水星也没有。火星倒有一对卫星,但体积非常小。月球的质量是地球质量的 1% 多一些,而火星的质量是它较大的卫星火卫二 (Deimos) 的一千多万倍。

科学家们认为,地球之所以会有一个特别大的月球绕着它转,是因为一个偶然的历史事件。在太阳系形成后不久,地球与另一颗年轻的行星 (大小可能与火星相当) 发生了一次偶然但极为猛烈的冲撞,结果生成了月球。一些人认为这可能是一个幸运的意外,因为它或许名副其实地「攸关生死」。

长久以来,科学家们一直在思索,地球的哪些特点让它成为了适于生命生长的摇篮——而且在 40 多亿年后还出现了智慧。这个问题影响到他们对宇宙其余部分的看法。如果地球并无特别之处,那么就可以合理地推断,生命、甚至文明,在宇宙的其他地方也相当普遍。但如果地球是太空中的一个异类,那么生命可能就很罕见,甚至绝无仅有。

天文学家唐纳德·布朗利 (Donald Brownlee) 和古生物学家彼得·沃德 (Peter Ward) 在 2000 年出版的《特异星球》(Rare Earth) 一书中提出了「地球不寻常」的理论,他们热情洋溢的论述产生了很大的影响力。他们认为,虽然微生物生命可能很容易在各种各样的行星上发展,但复杂生命的演进却依赖地球和太阳系独有的很多特点,其中之一就是大月亮这一罕见的存在。

认为月亮除了在夜间提供光亮之外可能还与生命有关的想法并不新鲜。过去已有人提出,如果没有月球,地球上的空气会像金星上的那样厚重得令人窒息。这套理论称,幸运的是,太空中形成月球的那股力量帮助驱逐了地球上最初形成的、和金星类似的大气层中的挥发性化学物质,让一层稀薄得多的气体取而代之。其他人则提出,月亮引发的潮汐是生命发端的先决条件。这种潮汐在地球初期要明显得多,因为那时月球远比现在更靠近地球。潮汐不时地将海水推到潮汐池中,海水在那里蒸发,促进了化学物质浓缩汇聚,继而发展出生命。当下许多人并不把这种理论当回事,研究生命起源的资金都被投到了深海热液喷口这一块,而不是潮汐池。但是,关于这个研究课题的理念以前就发生过变化,今后可能会再次转向。和潮汐池一样,科学假设也会「循环往复」。

所有这些猜想都很有趣,但都难以令人信服。布朗利和沃德博士则专注于月亮的另一种影响力:减少地球的摇摆。行星在它们各自的轨道上并非「正襟危坐」,而是歪着身子。目前地球的自转轴与垂直方向 (即与地球绕行太阳的轨道平面呈 90 度的方向) 的夹角为 23.4°。地球正在慢慢地坐直身子,但一旦这个夹角缩小到约 22.1°——这将发生在一万多年以后——它又会开始慢慢倾倒。每 4.1 万年,地球这样「点一次头」,在 22.1° 和 24.5° 夹角之间完成一个来回。这种变化对地球上季节的影响是决定冰河期发生频率的因素之一。

在没有月亮的火星上,情形截然不同:火星倾角的变化更多也更混乱。有时火星坐得笔笔直,那就全无季节可言。在宇宙漫长的历史中,火星的倾角最大可达到 60°。这时,如果火星上有居民的话,他们在热带地区都会经历午夜太阳,这造成了热到无法忍受的「超级季节」。火星的倾角变化以 10 万年为周期。

上世纪 90 年代,雅克·拉斯卡尔 (Jacques Laskar) 论证了地球的温和「点头」和火星的疯狂振荡之间的差异可以用月球来解释。他是首先发现了混沌在看似稳定的太阳系中发挥的作用的天文学家之一。月球对地球的赤道隆起部分 (由地球自转导致的球体变形向外鼓出的部分) 的强劲拉拽力使得地球保持相对稳定的状态。如果将月球撤走,地球的倾角会变得比火星的还要不稳定,摆动幅度将达到 85°。这种地球极点指向太阳的时期会令目前温带地区的大陆不适宜居住。在《特异星球》中,沃德和布朗利认为,倾角有时非常大、有时又剧烈变化的双重打击,意味着在没有了月球的地球上气候会非常混乱且灾难频发,复杂的生命难以蓬勃发展。

不过,接下来这个故事变得有点复杂。行星的倾角有多动荡不定要取决于它旋转的速度。地球和火星一天的长度碰巧非常相似,这就是为什么如果没有月亮,地球的自转轴会像火星的那样剧烈地来回晃动。但是,虽然火星基本上自其诞生以来每天差不多都是 24 小时长,地球却并非如此——因为月亮的缘故。在形成了月球的那次撞击之后,地球的自转速度要比现在快得多,自那以后它不断放慢转速,而这又是月亮的功劳。月亮在海洋中引发的潮汐对地球的自转起到了温和的制动作用。

所以,是的,如果没有月亮,一个一天 24 小时长的地球的倾角将发生激烈、混乱的变化。但是,谁都不知道,假如地球没有被撞得足够生成月球,那么它的旋转周期会是多长。也没有任何办法可以找到答案。

但还有其他方法来论证拥有大月亮的行星更可能孕育复杂的生命。英国地球物理学家大卫·沃尔瑟姆 (David Waltham) 在 2014 年出版的《幸运星球》(Lucky Planet) 一书中提出,复杂生命的发端既需要一个比较稳定的倾角,也需要相当漫长的一天。他指出,在一天明显更短的行星上,热量从赤道传输到极地的效率更低。负责传输热量的风和洋流会偏离从赤道到极地的直线路径,因为科里奥利效应 (Coriolis effect) 而向东摆动。行星旋转得越快,这种效应就越强,向极地传输热量的难度就越大。沃尔瑟姆认为,月球的大小正好让地球既有稳定的倾角,又有足够温暖的极地而让任何冰河期都相对较短。这是一个巧妙的论点,但不具有足够的说服力。

若要在月亮对生命的重要性这个问题上取得重大进展,可能将不得不等到我们在围绕其他恒星的行星上发现复杂的生命形态。如果有许多行星既不拥有复杂的生命也没有大月亮,除此之外都与地球相似,那么这种观点可能会更站得住脚些。又或者,如果那些搜寻外星人信号的人在拥有大月亮的行星上发现了这种信号,那么也会有同样的作用。

当世界等待这样的发现时——这很可能耗时数十年甚至数百年——我们值得记取科幻作家艾萨克·阿西莫夫 (Isaac Asimov) 在 1972 年发表的论文《月球的悲剧》(The Tragedy of the Moon) 中提出的一个有趣的观点:月亮可能并非复杂生命亦即人类发展的关键,却反而是他们衰亡的一个原因

阿西莫夫声称,如果人类是在一个没有月球的星球上进化而来,他们可能永远不会认为自己的家园是宇宙的中心。月球绕着地球转这个已被证明的事实使得人类想当然地以为太空中所有其他物体亦是如此。即便「眼见为实」,也可能因为导向错误的结论而具有欺骗性。而解释不同行星不同运动方式的最简单方法,是地球和其他一切都是绕着太阳转。阿西莫夫认为,如果没有月球绕地球转这一事实所带有的误导性,太阳是太阳系中心的观点会更易被人接受得多。这样,太阳系日心说很可能会是自巴比伦和古希腊以来固有的天文学理论。

这不仅仅意味着人类会更早找到对世界更好的解释 (尽管这对做了一辈子教育工作者的阿西莫夫来说本身就是一件好事)。带着一种虔诚的无神论者的姿态,作者指出,不以地球为宇宙中心而生成的文明可能不大会发展出那种视人类为宇宙中心和造物顶点的一神论。他继而以一种上世纪 70 年代常见的生态悲观论说到,这种更广阔的视角可能会让人类不那么忽视环境,也不大会在引发了核战争之后仍然认为自己看世界的方式值得维护。他想象,这样的文明或许会比人类的文明更持久。

这可算不上是个强有力的论证。但在人们努力讲述月球对于进化的重要性之时,它确实是一个有用的警告。它强调了人类总是如何不遗余力地把自己和地球视作特殊的存在——而他们常常大错特错。从中还可以得出一个新的预言。如果人类真的联系上了在他们自己的月亮下进化的外星人,他们一样会讲述各种有关这颗月亮如何重要的精彩故事。是真是假又有谁知道呢?

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