科学家模拟：如果地球从未存在过生命，地球将会是什么样子

如果地球上从来没有出现过生命，它今天会是什么样？2026年9月，《行星科学杂志》发表了一项研究。

华盛顿大学的研究团队用一套行星内外圈层演化模型，模拟了一颗没有生命的地球45亿年的演化。盖亚假说长期存在争议，这项研究要检验的，就是没有生命的地球能不能长期宜居。

要回答这个问题，得先把地球当成一颗普通行星来看。NASA喷气推进实验室（JPL）研究员、NASA系外行星大使安贾莉·特里帕蒂（Anjali Tripathi）关注的就是从太空能看到什么。

一方面是抬头能看到的系外行星和其他世界，另一方面是从太空俯瞰地球，用这些观测帮助改善地球上的生活。

从太空可以把地球当作一颗行星来观察，监测它正在发生的变化。很多人以为NASA研究得最多的行星是火星，其实是地球。

华盛顿大学团队首次搭建了一个全耦合的演化系统，从地核、地幔、地壳一直覆盖到海洋、大气和气候。地幔冷却决定火山释放多少二氧化碳，二氧化碳影响温度，温度又影响岩石风化和固碳，整条链条都被纳入了计算。

行星模拟能做到这一步，离不开计算能力的提升。特里帕蒂是第一个用三维方式模拟大气气体逃逸的研究者。过去计算机速度不够，没法直接计算三维模型，只能用一维、二维模型来近似，计算机变快以后，她才做出了三维模拟。

这项工作的难点在于模拟气体的流动：气体从行星和它的大气出发，被吹散到太空中，也就是从比较稳定的状态变得不稳定。

模拟从行星形成后5000万年开始，一直推演到地球的前工业时代。团队设置了19项检验指标，其中17项完全落在前工业时代地球的测量误差范围内，只有海水酸碱度和表层溶解二氧化碳两项略有偏差。

支撑这一结果的是碳酸盐-硅酸盐循环这台“地质恒温器”。二氧化碳溶入雨水，侵蚀岩石后变成碳酸盐沉入海底，再随板块俯冲进入地幔，最后通过火山回到大气。这是一套负反馈系统，能长期稳定气候。

一颗行星要有这样的地质循环，先得有合适的“身体”。关于什么样的行星适合人类生存，特里帕蒂更倾向于寻找类似地球的行星：大小和地球差不多，有坚实的地面，人可以在上面跳起来再落下。

质量比地球大得多的行星往往保留了全部气体，成为气态行星而不是岩质行星，所以上限可以排除。下限就很难说了，因为一些卫星也可能是适合居住的地方。

观测系外行星时还发现，有些小行星最后会被蒸发掉。被蒸发的不只是大气，整颗行星都会碎裂，散入太空。所以关键不只是行星的大小，还包括它离恒星有多远等条件。行星离恒星太近时，潮汐力会把它瓦解。

系外行星中有一类叫“超级地球”，比地球大、比海王星小，太阳系里没有这样的行星。它的大小通常用半径来衡量，具体标准取决于定义，一般是地球半径的几倍。超级地球可能有地表，也可能更“蓬松”一些。

从密度上看，特里帕蒂更愿意待在岩石构成的行星上，而不是木星那样的气态行星上。如果一颗超级地球由松散易碎的岩石构成，只要它够大、引力够强，情况就和小行星不同。小行星引力很弱，物质结构松散。

这项研究对寻找地外生命意义很大。以前人们很容易把“有水、温度适宜”和“有生命”画上等号，现在可以确定，宜居环境完全可以由纯地质过程形成，“无生命宜居地球”模型也就成了判断的基线。

寻找这些世界，靠的是观测手段。许多系外行星是用凌日法发现的：观测者在恒星的光里看到周期性的变暗，是因为有天体绕着恒星转，从恒星前方经过时挡住了一部分星光。这和日食类似，不同的是日食会遮住整个日面，凌日只挡住恒星的一小部分。

目前，科学家用光谱学研究系外行星的大气。如果恒星和行星的位置刚好合适，行星从恒星前方经过时，部分星光会穿过行星大气，再传到地球。大气里的化学物质会干扰星光原本的传播路径，干扰的痕迹会像指纹一样留在光谱里。

詹姆斯·韦布空间望远镜已经在系外行星上探测到二氧化碳，这是第一次在系外行星上看到它。此外还探测到水分子，以及由氧、碳、氢以各种方式组合成的化合物，甲烷也在其中。

如果在一颗行星上发现甲烷，它有可能成为存在生命的证据，但只是有可能。

天体物理学家尼尔·德格拉斯·泰森（Neil deGrasse Tyson）提到，他曾以为只要找得够仔细，就能找到其他有氧气和氮气、可以呼吸的“M级行星”。后来他才意识到，行星上的氧气来自生命物质，不是各种成分随机混合出来的，一定有什么在制造氧气，在地球上就是植物。

特里帕蒂补充说，行星形成时内部会发生各种化学反应，有些物质会进入岩石，大气里的一部分成分就是这样自然产生的。所以列出大气成分只是第一步，之后还要判断这些成分是不是生物产生的，这正是学术会议上经常争论的问题。

这正是无生命基线模型的用处。只有当观测到的化学特征没法用任何非生物机制解释时，比如氧气和甲烷同时大量存在，才能算作生命存在的有力证据，这样可以尽量减少误判。

至于岩质行星最常见的大气成分是什么，特里帕蒂认为还需要更多数据。如果行星上空多云，就看不到下面的情况，只能看到云层和高空的水汽。她把现在的情况比作动物园：有些行星的大气含氧，有些含碳、含甲烷，但样本还太少，也许再过几年才能回答得更好。

靠光寻找生命迹象的办法有很多，这类迹象叫作“生物特征”，再进一步还有“技术特征”，比如行星上的污染物，算不算技术特征要看怎么界定。

如果在外星世界发现氯氟烃，比如来自发胶的那种，就是存在生命的确凿证据。泰森开玩笑说，那样的外星人等于在破坏自己的臭氧层，外星人看到地球时也许也会这样评价人类。

这项研究说明，宜居可能是岩质行星的常见属性，只要有活跃的板块构造和稳定的地质循环就能维持。真正稀有的，可能是能孕育生命、并彻底改变大气成分的星球。