地球上的生命是幸运的：一种罕见的化学巧合或许让我们的星球变得宜居

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原文作者：Samantha Mathewson

翻译：尹天任

校对：王茸

审阅：李宜骅

美编：徐玖坤

后台：李子琦

地球上的生命或许要归功于一次不可思议的幸运——在形成过程中，地球恰好处于一种大多数行星都错过的化学的“最佳状态”。

一项新研究表明，地球在形成时处于一组异常精确的化学条件之下，这使得它能够保留两种我们所知生命所必需的元素：磷和氮。根据这项研究，如果没有这两种元素的完美平衡，一颗岩石行星可能表面上看起来适宜居住，但实际上却根本无法支持生命。

“在行星核心形成期间，必须有恰好适量的氧存在，这样磷和氮才能留在行星表面，”该研究的主要作者，瑞士苏黎世联邦理工学院的克雷格·沃尔顿在一份声明中说道。

新生恒星周围行星形成盘的艺术想象图

来源：NASA/JPL-Caltech

研究人员表示，地球似乎在近46 亿年的前形成期间，恰好处于这种微妙的化学最佳状态，而这一新发现可能会改变科学家寻找外星生命的方式。

年轻行星形成时，通常会部分或全部处于熔融状态。随着重金属向内部下沉形成地核，较轻的物质则停留在靠近地表的位置。在这一被称为核形成的混乱阶段，氧气含量对其他元素最终去向、以及这些元素能否留存下来供未来生命使用起着决定性作用。

该研究表明，要让磷和氮都留在行星的地幔和地壳中，氧气含量必须处于一个出人意料的狭窄范围内。氧气过少，磷会与铁结合并被拖入地核，导致地表缺乏构成 DNA、细胞膜和能量传递的关键成分。氧气过多，氮则更容易散失到太空中。因此无论哪种情况，生命所需的化学条件都无法完整形成。

通过对行星形成和地球化学行为的模型，研究人员发现，地球恰好处于这一中等氧气含量的狭窄区间内，他们将其称为化学宜居带（金发姑娘区）。最终，我们的行星保留了足够的磷和氮，为后续生命诞生提供了条件 —— 这一结果在岩质行星中可能极为罕见。

“我们的模型清晰表明，地球精准地处于这个区间内，” 沃尔顿在声明中说，“如果在核形成阶段，氧气含量哪怕多一点或少一点，就不会有足够的磷和氮来孕育生命。”

反之，研究人员还模拟了火星等其他行星的形成过程，这些行星的氧气含量超出了这一化学宜居带。声明指出，例如在火星上，模型显示地幔中的磷含量高于地球，但氮含量更低，这对我们所知的生命而言构成了严苛的生存条件。

这些发现对传统上只关注宜居带（恒星周围液态水能存在的区域）的观点提出了挑战。虽然水至关重要，但该研究表明，水可能只是其中一部分。一颗行星即便与恒星距离适中，也可能缺乏生命诞生所需的内部化学物质储备。

关键在于，影响这一过程的氧气条件，与宿主恒星本身的化学成分密切相关。由于行星与恒星由相同物质形成，恒星的化学组成可以初步提示一个恒星系统能否产生适宜生命存在的行星。

如果研究人员的结论正确，地球可能并非宇宙中的常态，而更像是一个幸运的特例—— 一颗在早期就中了罕见化学头奖的行星。以地球为基准，有助于科学家精准锁定那些最有可能拥有生命必需元素完美平衡的系外行星。

“这让在其他行星上寻找生命的目标更加明确，” 沃尔顿说，“我们应该寻找恒星与我们太阳相似的太阳系。”

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图像来源：NASA

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