這是因為(wei) 從(cong) 單細胞到多細胞再到智慧生命的發展，必須要有足夠的時間讓生命增加其複雜性。在地球上，這一過程曆經了約三、四十億(yi) 年。

如果在這段漫長的時間裏，地球上的氣候哪怕出現過一次重大的“故障”，我們(men) 的進化都會(hui) 戛然而止。目前的全球變暖形勢，向我們(men) 展示了即使在短短幾個(ge) 世紀的時間中，氣候也可以發生相當大的變化。那麽(me) 從(cong) 更加宏大的地質時間尺度來看，氣候的改變更是不足為(wei) 奇。有計算表明，地球氣候有可能在幾百萬(wan) 年內(nei) 惡化到0℃以下，或100℃以上。

那麽(me) ，地球是如何在數十億(yi) 年的時間裏仍然維持這適宜生命居住的環境的？這實際上是一個(ge) 令人困惑的現象。

上個(ge) 世紀五、六十年代，科學家提出了支配恒星內(nei) 部動力學和時間演化的原理。理論表明，在生命出現在地球以來，太陽的亮度增加了30%。如果其他的一切保持不變，那麽(me) 在早期的時候，地表水會(hui) 在更加暗淡的太陽之下完全凍結，然而證據卻表明事實並非如此。反過來說，由於(yu) 早期地球並沒有被凍結，如果氣候係統的其他部分保持不變，那麽(me) 今天的海洋理應在更加明亮的太陽之下蒸發殆盡，但顯然事實又並非如此。這被稱為(wei) “暗淡年輕太陽悖論”（faint young Sun paradox）。

對此，科學家提出了兩(liang) 個(ge) 主要理論。第一，地球可能擁有一種類似於(yu) 恒溫器的東(dong) 西，換句話說，地球可能擁有一種或多種反饋機製，可以防止溫度在致命區域徘徊。第二，在眾(zhong) 多的行星中，也許有一些行星是“幸運兒(er) ”，而地球就是其中之一。

近幾十年來，在太陽係外發現的許多係外行星，使得第二種理論變得更加可信。通過觀測遙遠的恒星，天文學家意識到許多恒星都有行星圍繞它們(men) 運行，有些恒星的大小、密度和軌道距離，足以使得那裏的溫度處在適宜生命存在的理論範圍。據估計，僅(jin) 在我們(men) 的銀河係中，就有至少有20億(yi) 個(ge) 這樣的候選行星。

如果可以“前往”這些係外行星，去尋找那些能為(wei) 理解地球在數十億(yi) 年裏的氣候穩定性提供線索，科學家們(men) 當然樂(le) 意前往。但是，即使是最近的係外行星，也距離我們(men) 4光年之遠。很難對此通過觀測或實驗進行檢驗。

在近期發表的一項研究中，南安普頓大學的科學家Toby Tyrrell通過建模，對這個(ge) 問題進行了探索。Tyrrell使用了一個(ge) 專(zhuan) 門用來模擬行星氣候演化的計算機程序來進行這項分析。他先是生成了10萬(wan) 個(ge) 行星，每個(ge) 行星都有著隨機的不同的氣候反饋機製。所謂的氣候反饋機製，指的是一些可以放大或減小氣候變化的過程，比如北極的海冰融化就是一個(ge) 例子，在這個(ge) 過程中，反射陽光的冰層會(hui) 被吸收陽光的海洋所取代，這反過來會(hui) 導致更嚴(yan) 重的變暖和更多的融化。

為(wei) 了研究這些不同的行星在巨大的地質時間尺度上維持宜居性的可能，Tyrrell對每個(ge) 行星進行了100次模擬，每一次，行星都會(hui) 從(cong) 不同的初始溫度開始，然後暴露在隨機的不同的氣候事件中。這些事件代表著那些能改變氣候的因素，比如超級火山爆發、小行星的撞擊等等。在每一次這樣的模擬中，行星的溫度變化都會(hui) 被記錄，直到它變得太熱或太冷，或者在“安全”範圍內(nei) 維持了30億(yi) 年——那時它就可被視作為(wei) 一顆“成功”的行星，是智慧生命發展的潛在搖籃。

圖中顯示了1000個(ge) 隨機生成的不同行星，頂部框中顯示的是第一次運行產(chan) 生的結果，底部框中顯示的是第二次運行產(chan) 生的結果。橙色圓圈表示維持了30億(yi) 年的宜居性“成功”行星，白色圓圈則表示沒能維持30億(yi) 年宜居性的“失敗”行星。| 圖片來源：Toby Tyrrell / Nature Communications Earth & Environment

這些模擬所得的結果為(wei) 氣候反饋以及“幸運程度”對宜居性的重要性給出了明確答案。在這100,000顆行星中，有9%，也就是約8700顆行星至少成功過一次；在這8700顆之中，約8000顆行星的成功次數少於(yu) 50次；大多數（約4500顆）行星的成功次數少於(yu) 10次；在極罕見的情況下，行星才能夠擁有非常強大的穩定反饋，以致於(yu) 無論是遇見了什麽(me) 樣的隨機氣候事件，都能在100次的模擬中，次次都維持自身的宜居性——這樣的概率隻有1/100,000。

在模擬中，當一顆行星在30億(yi) 年的時間裏都能維持宜居性時，那麽(me) 可以肯定其中有部分原因需要歸因於(yu) 幸運。然而與(yu) 此同時，隻有幸運是不夠的，那些被特別設計成完全沒有反饋機製的行星，永遠不會(hui) 出現宜居性，它們(men) 在氣候變化的影響下的隨機行走過程，永遠無法持續太久。

整體(ti) 結果顯示，這一切部分取決(jue) 於(yu) 反饋機製，部分取決(jue) 於(yu) 幸運程度。這樣的結果看起來是可靠且穩健的。對模型作出的所有改變都沒有影響這一結果。這意味著，地球必然擁有著某些穩定氣候的反饋機製，而與(yu) 此同時，又必然有著絕佳的好運。例如，如果一顆小行星或太陽耀斑比它真實出現時的體(ti) 積和強度更稍大一些，或者發生在一個(ge) 略微不同但更為(wei) 關(guan) 鍵的時間的話，今天我們(men) 或許就不會(hui) 存在於(yu) 地球之上了。

這項研究為(wei) 我們(men) 提供了一個(ge) 不同的視角，讓我們(men) 能夠回顧地球上的生命進化、多樣化和變得更加複雜的曆史。


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