为什么金星是地狱，而地球是伊甸园？

### 行星科学：金星为何似地狱，地球宛如伊甸园
金星堪称太阳系中环境最为恶劣的星球。其被二氧化碳的“斗篷”所笼罩，致使行星表面承受着足以压碎头骨的巨大压力。硫酸雨从病态的黄色天空倾泻而下，却永远无法抵达被熔岩炙烤的地面。金星温度极高，甚至足以熔化铅，因此硫酸雨在下落过程中便蒸发殆尽。

金星极端恶劣的环境，正是行星科学领域中最引人入胜的谜题之一。金星与地球几乎同时形成，由相同的地质构造单元构成，且所处的太阳系区域相近，二者大小也相仿。那么，为何金星如地狱般可怕，而地球却宛如花园般宜人？

科学界普遍认为，金星只是比地球提前经历了一些变化，它代表了所有大型岩石行星，包括地球在内的最终归宿。这一假设认为，这些行星最终会丧失将温室气体封存在地质底层的能力。当这些气体在大气中积聚，行星便会进入失控的温室状态，就像金星如今酷热难耐的气候。“多年来，我们一直听闻金星是地球未来的预演，”加州大学河滨分校的行星天体物理学家斯蒂芬·凯恩表示。

但这一长期以来的假设是否正确？在数亿年或数十亿年后，地球的气候是否会步金星的后尘，从温和的世界转变为灾难性的温室？凯恩及其同事一直在探寻答案。金星和地球常被称为“双胞胎”，而金星则被视为其中邪恶的一方。在他们的“重聚双胞胎”项目中，科学家们开发了一个地球数字模型，融合了太阳物理学、火山学、板块构造学和气候科学。他们不断将模型中的地球推向极限，尝试各种可能的方式使其崩溃，进而变成金星。

除了探究金星这颗距离太阳第二近的行星究竟出了什么问题，这项研究还涉及到一个与我们息息相关的问题，圣路易斯华盛顿大学的行星科学家保罗·伯恩说道，他并未直接参与该项目：“地球适宜居住的时间还有多久？”

### 行星悬案
预测地球的未来，需要了解金星的过去。很久以前，金星或许与如今的地球并无太大差异。太空探测器的探测以及望远镜的观测表明，金星大气中存在一种罕见的重水，这是普通水曾经在该行星上大量存在的有力证据。

研究人员对水在金星上的存在形式存在争议。一种可能性是，年轻金星上的水形成蒸汽，飘荡在覆盖新生行星表面的岩浆海上方。这种水蒸气作为一种强大的温室气体，可能在金星诞生后不久就将其推向了酷热的温室状态。另一种可能是，金星最初覆盖全球的岩浆海可能迅速冷却并硬化成地壳，使得液态水，甚至可能是相当于海洋体量的水，能够在其表面流动。倘若如此，那么这些水后来又去了哪里呢？

2020 年，就职于美国国家航空航天局（NASA）戈达德太空研究所的行星科学家兼气候建模师迈克尔·韦探讨了金星海洋可能蒸发殆尽的两种途径。

第一种假设指向太阳。随着太阳的老化并消耗其氢燃料，它释放出的阳光越来越强烈，使得附近的行星，包括比地球更靠近太阳的金星，受到日益强烈的光照。行星科学家估计，在太阳系诞生约 10 亿年后，逐渐变亮的太阳将足以有效地蒸发金星上的任何液态水。水蒸气随后会充斥金星大气，可能导致剧烈的全球变暖；而火山释放的二氧化碳可能会进一步加剧这种变暖。这些因素的结合可能将金星推向了失控的温室状态。

这听起来是个合理的解释。但根据韦的模型，认为太阳通过蒸发金星海洋而使其环境恶化的理论存在问题。金星的自转极为缓慢，其一天相当于 116 个地球日，将近四个月。如果行星的白昼面最初存在液态海洋，水的蒸发会形成厚厚的云层。这些巨大且持久的白昼面云层会反射阳光，使金星比预期的更凉爽，实际上阻止了失控的温室效应和无节制的全球变暖。

韦认为，金星走向恶劣环境更可能的“罪魁祸首”是一种具有毁灭性的火山活动。在地球漫长的历史中，也曾经历过在单一区域长时间喷发熔岩的阶段，即所谓的大火成岩省（LIPs），这种喷发持续了数十万年甚至数百万年。每次此类事件都会向大气中注入大量二氧化碳，使地球在一段时间内变得极其炎热。2.52 亿年前的一次 LIP 事件引发了地球历史上有记录以来最严重的大规模灭绝事件，几乎使地球生命灭绝。

幸运的是，在每次 LIP 事件之后，地球逐渐将过量的二氧化碳深深吸入其岩石内部，随后地球温度又降了下来。这是通过一种称为俯冲的过程实现的：当构造板块碰撞时，一个板块可以俯冲到另一个板块之下，将富含溶解二氧化碳的海水带入深渊。这些碳会在地幔下层封存极长的时间；其中一些最终会通过火山活动重新喷发回大气中。简而言之，这就是地球全球温度调节机制的运作方式。

有可能在金星有水的时候，它也拥有类似地球的板块构造和主要的俯冲带。但这个系统的规模不够广泛或庞大，不足以使其避免行星的“自焚”——特别是如果几个 LIP 事件大致同时发生。韦的模型显示，几个同时发生的 LIP 事件可能会向金星大气中释放大量二氧化碳，使金星温度急剧上升，大量液态水蒸发到空中，进一步加速变暖。由于没有海洋，所有这些二氧化碳无法被重新吸收。此外，水是俯冲作用的促进因素：它降低了岩石的熔点，使构造板块更容易弯曲和断裂。因此，当地表没有水时，主要的俯冲带就会停止活动，从而阻止二氧化碳的埋藏。

其他科学家倾向于认同韦的观点：太阳并非导致金星如今恶劣环境的唯一原因。“我真的认为需要多次极端火山活动……才能造成如今金星的状况，”瑞士伯尔尼大学的行星科学家安娜·吉尔彻说道。

### 如何“破坏”世界
在研究金星及其失控的温室荒原时，凯恩产生了一种近乎病态的好奇：同样的命运会降临到地球头上吗？“如果我们关闭地球上的碳循环会怎样？”他说，“能让地球变成金星那样吗？”

为了找到答案，他和他的团队构建了一个虚拟的世界毁灭机器。“每个人都喜欢世界末日或后启示录的场景，前提是那是在 50 亿年后的未来，”他说。

第一步是将他们的地球模型快进约 35 亿年，那时太阳和行星将诞生 80 亿年。到那时，太阳会比现在更亮，地球大气将接收到与金星在诞生 10 亿年时相同强度的炽热星光。据信，当时的金星处于一个临界点：要么气候温和且水汽充足，要么被烤焦。80 亿岁的太阳将把地球推向类似的气候边缘。

该团队的模型表明，在 35 亿年后，地球的海洋可能开始蒸发，变成大气中吸热的水蒸气。这可能足以导致地球主要的俯冲带消失，因为没有水，可能就没有俯冲作用（而且，首先二氧化碳可溶解的水也会减少）。“我们正在失去将二氧化碳带回地球地幔的能力。所以它只会不断积累，”斯坦福大学的米歇尔·希尔说道，她是“重聚双胞胎”项目的成员。

主要俯冲带的关闭意味着地球的构造板块停止碰撞和移动。相反，它们会在炽热的地幔周围形成一个近乎统一的岩石外壳。在一段时间内，地幔会变得更热，因为围绕它的外壳会困住内部放射性衰变化合物产生的热量。随着内部热量的积累，在凯恩的模拟中，地球将经历一场持续约 1500 万年的火山活动高潮。

这个时期被称为“滞止盖层状态”，会向大气中释放更多的二氧化碳。但这种喷发高峰是短暂的。地幔冷却，地壳增厚，直到它几乎对任何大规模的碳喷发火山活动都无法渗透。

所以在滞止盖层形成 1500 万年后，地球将达到一个新的平衡。偶尔仍会有火山喷发。（同样，科学家们也发现了有力证据表明金星如今仍有火山活动。）但凯恩解释说，预计这些零星的喷发不会向大气中增加太多碳。

此时，该团队的模拟结束。他们所模拟的未来地球与金星有多相似呢？

### 地球难成金星
如果或当大规模俯冲在约 35 亿年后停止，削弱地球埋藏碳的能力时，凯恩及其团队的模拟表明，大气中的二氧化碳水平将上升 0.1 巴到 0.8 巴不等。（作为参考，如今海平面的总大气压力为 1 巴，其中约 0.04%，即 0.042 巴来自二氧化碳。）即使在二氧化碳上升 0.1 巴的最佳情况下，地球表面温度也会超过 100 摄氏度（212 华氏度）。在二氧化碳上升 0.8 巴的情况下，同样如此，而且升温速度会快得多。

无论哪种情况，地球表面都会变得酷热难耐。凯恩说，地球将“进入失控的温室状态之后的阶段”。“表面温度会过高，所有的水都会蒸发殆尽。”地球上任何暴露在表面的东西都无法存活。

即便如此，地球也不会达到如今金星的状态。“这只能算是弱化版的金星，”凯恩说。

金星的大气压力为 93 巴，其中 96.5%是二氧化碳。凯恩和他的同事们的“末日机器”，无论怎么推动，都无法让地球达到那样的程度。“这让我很惊讶，”他说。因为地幔被滞止盖层封住，火山活动减少，这使得地球比他想象中更能抵御类似金星的酷热。

独立科学家们对“重聚双胞胎”项目给予了赞扬，认为它挑战了先前的假设，为关于岩石行星最终状态的讨论做出了重要贡献。