未来，地球有可能看起来像火星吗？| 安贾莉·特里帕蒂 | TEDxBeaconStreet

每过一分钟，就有400磅氢气与大约7磅的氦气从地球大气层散逸到外太空。天体物理学家安贾莉·特里帕蒂致力于研究这种大气逃逸现象。在这段引人入胜又通俗易懂的演讲中，她讲述了这一过程可能在数百亿年后把地球的颜色由蓝染红。

本场演讲于TEDx活动举行，TEDx活动采用TED大会形式举办，但由当地社团独立组织。欲知详情，请访问http://ted.com/tedx。

当你在晚上仰望星空之时，

眼前的美景往往会让你惊讶。

那太美了。

但能令你更惊讶的却是那些你看不到的东西，

因为据我们所知，

每一颗恒星或者说差不多每一颗恒星旁边，

都有一颗

或几颗行星。

这张照片未呈现的

是我们所知的

在太空中的所有行星。

但当我们想到行星的时候，

我们总是会想起些遥远且迥异的星球。

可我们本身就待在一颗行星上啊。

地球上令人惊叹的事物是那么多，
以至于我们竭尽全力，

要在浩瀚无垠的宇宙中，
找寻到一颗类似的星球。

而且随着我们不断找寻，
我们不断惊叹。

可我想告诉你们一件发生
在地球上的惊叹之事：

每过一分钟，

就有400磅氢气，

与大约7磅的氦气，

从地球大气层外漏到太空中。

这些气体是 “一去不复返”。

而氢气、氦气和其他许多气体，

恰好构成了地球的大气层。

这张照片是某位宇航员拍摄的。

从国际太空站望去，

大气层就是这片蓝色薄层。

也正是这团包裹住地球的稀薄气层，

孕育了地球上丰富的生命。

它能尽可能地减少陨石或

类似物质对地球的撞击。

大气层在逐渐消失，

这一现象太神奇了，

你应该多少感到有些害怕。

这个过程叫大气逃逸，

并且是我的研究课题。

而存在大气逃逸现象
的行星并非仅有地球。

所有行星都是如此。

这么说吧，宇宙中包括地球在内所有的行星，

都可能产生大气逃逸。

它产生的方式恰好能让我们了解行星本身。

说起太阳系，

你可能会想到这张图片。

你也可能会说: 太阳系里有
八大行星,还是九大行星来着。

如果你们因为此图感到压力倍增，

就按有九个算吧。

（笑声）

多亏了新视野号卫星，
我们发现了冥王星。

这次演讲，

我谈论大气逃逸的目的就是，

对我来说，冥王星在某种程度上说明了一个问题：

那些身处恒星周围、人类视力不及的行星

也是行星啊。

这些天体受引力而聚合，

这些天体受引力而聚合，

这是行星的基本特征之一。

这种牵引力会把许多物质吸到一起。

这种牵引力会把许多物质吸到一起。

这些天体体量巨大，引力极强。

它们呈球形也是因此。

所以你会发现这些行星都是球体，

所以你会发现这些行星都是球体，

冥王星也不例外。

引力的作用由此可见一斑。

行星还有另一个你不知道的基本特征，

无法从此看出。

那就是太阳系内所有行星，

都围绕恒星旋转。

这从根本上导致了大气逃逸。

恒星导致行星大气逃逸的根本原因是：

恒星产生的粒子、光和热，

会驱散行星外围的大气。

想想热气球，或者照片里这些

泰国民众在节日里放飞的灯笼，

你就不难发现热空气可以向上推动气体。

当恒星拥有足够能量和热量时，

比如太阳，就能轻而易举把

仅由引力吸引、质量极轻的气体

推向外太空。

这就是导致地球和其他行星，

大气逃逸的原因。

即来自恒星的热力与抵挡其的行星引力

之间的相互作用。

我之前已经说过，

大气逃逸的速度是每分钟向外散逸

400磅氢气与大约7磅氦气。

但大气逃逸看起来会是什么样子呢？

我们早在80年代，

就能用美国宇航局发射的

动态探索者航天器，

拍摄地球的紫外线照片了。

这两幅照片中红色亮光部分，

就是正在从地球散逸的氢气。

就是正在从地球散逸的氢气。

其他物质像氧气和氮气

呈现在在照片上，

就是那些极圈周围的白色光圈，

和热带地区内的亮点。

这些照片足以说明，

大气层并非紧紧贴附在地球上，

它其实是在不断向太空中散逸。

而且速度快得惊人。

但地球并不是唯一存在大气逃逸的行星。

我们的邻居火星的体积比地球小得多，

因此火星对其大气层的引力也就小得多。

所以尽管火星也有大气层，

但它比地球的大气层要稀薄得多。

看看火星的表面就知道了。

那些陨石坑就表明火气的大气层，

不足以保护其免受陨石撞击。

此外，我们都知道火星

有着“荧红如火”的颜色。

它呈红色的一个重要原因就是大气逃逸。

我们认为火星曾有流水存在，

水获得足够能量后会分解成氢气与氧气。

氢气因其体积极轻便上升逸散到太空；

氧气则停留在地表，

将地表氧化或锈蚀成我们熟知的红锈色。

将地表氧化或锈蚀成我们熟知的红锈色。

所以仅凭火星的外表特征，

就证明大气逃逸曾发生过。

这或许听起来没什么问题。

但美国宇航局已经向火星发射了一枚
名为MAVEN的探测器来研究大气逃逸。

该航天器旨在执行火星大气与挥发物演化任务。

由它传回的火星照片也和

我们在地球上观测到的火星没什么两样。

我们很早就认识到火星大气在不断消失，

但我们同时也看到了许多惊人的照片。

比如这张，红线圈住的区域是火星，

比如这张，红线圈住的区域是火星，

而蓝色的区域则是从火星逃逸出的氢气。

外散氢气所占的面积超过火星所占面积十倍不止，

这足以使这些氢气脱离火星的吸引。

因此氢气在不断向太空散逸。

这也就使我们确定了，

火星呈红色是由于氢气的散逸。

但散逸的气体可不止氢气一种。

之前提过氮气和少量的氧气与氦气会从地球散逸，

MAVEN显示火星大气逃逸中也含氧气。

尽管氧气质量较重，

所以较氢气而言它散逸的距离较短。

但不管怎样氧气始终都在散逸。

你能明显看到它超出了红圈圈住的范围。

事实是大气逃逸并非仅存于地球， 我们研究大气逃逸的脚步已行至其他行星。

借由向外发射出的航天器，

我们不仅可以了解行星的过去，

也可以认知各行星本身，

并预测地球的未来。

也就是说，我们探究未来的方式之一

就是研究那些距离我们千里之外，
目不可及的行球。

在谈论下一话题之前，

我要讲一件可能令你们失望的事，

那就是我没办法像先前那样

为你们展示冥王星的照片。
因为我们还没有拍到那些照片。

但新视野号正在研究

这颗行星上的大气逃逸现象。

各位敬请期待吧。

有一类行星我想重点讲一下，

它们叫做凌日系外行星。

任何不围绕太阳这颗恒星公转的行星，

都叫做系外行星或太阳系外行星。

凌日系外行星则具有一项特质。

当你望向图片中央那颗恒星时，

你能看见它在闪光。

而这颗恒星星之所以闪光，

就是因为时刻都有行星绕过它旋转。

当处于特定方向时，

这些行星会阻挡恒星发出的光，

从而产生我们看到的闪光。

我再演示一次，大家注意看闪光。

通过测查夜晚天空中恒星的

这种闪光运动，

我们可以发现新的行星。

通过这种方式，我们已经探测到所处

银河系内超过5千颗行星。

如前所言，我们将来会发现更多新星。

我之前说过，那些亮光并不是恒星本身，

我之前说过，那些亮光并不是恒星本身，

而是一道实时感测到的渐暗的光。

而是一道实时感测到的渐暗的光。

但行星运动至恒星前方时，这道光的亮度会减弱。

这就造成了你先前看到的闪光。

我们不光可以探测行星，

我们还可以以不同的波长来观测这道光。

我之前讲过用紫外线光来观测地球和火星。

我们借助哈勃望远镜，

在紫外线下观测凌日系外行星时发现：

当行星行过时，恒星发出的光将减弱，

形成的闪光会更加强。

这是因为氢气充盈到行星大气层各处时，

它会使得大气层膨胀；

因而也就阻挡了更多的光线。

因而也就阻挡了更多的光线。

借助这项技术我们实际上可以发现一些

正在发生大气逃逸的凌日系外行星。

其中一些我们可以称为热木星。

其中一些我们可以称为热木星。

因为它们和木星一样都是气体行星。

可它们其实离木星很远，

这些行星离其恒星的距离比
木星离太阳的距离近数百倍不止。

极易散逸的轻质气体加上来自恒星的热量，

使得大气逃逸的速度快得令人心惊肉跳。

使得大气逃逸的速度快得令人心惊肉跳。

与地球不同，

这些行星氢气散逸的速度并非

每分钟400磅，而是每分钟13亿磅。

你可能会想：大气这样逃逸得话行星不早就没了吗？

对太阳系内的我们来说这的确算是个问题。

因为近日行星是岩石行星，

而远日行星则更多的是气体行星，

且体积较大。

如果把一颗和木星差不多的行星

摆到距离太阳很近的位置上，

它会失去所有的大气吗？

依现知，如果一颗热木星处于这种环境内，

事实上它最终不会成为
一颗像水星或地球一样的行星。

但如果是一种体积更小的行星，

刚开始时大多数气体将会散逸，

由此带来的显著影响也会使

它最终的样貌和初始状态大相径庭。

这么讲可能有点空泛，

太阳系啊什么的，

和我们、和地球又有什么关系呢？

在遥远的未来，太阳将会越来越亮。

在遥远的未来，太阳将会越来越亮。

当它发生时，

我们接受到太阳热量的频率会更加强烈。

和热木星一样，

地球外层的气体会被吹走。

所以，我们能预料到的，

或者起码说是应该准备的是

在遥远的未来，

地球看起来会更像火星。

从水中分解出的氢气

将更快地逃逸到太空中，

地球也会变干、变红。

但不要怕，这最起码也得几十亿年以后了，

我们时间还富裕。

（笑声）

但我希望你们能意识到我们正在面对什么。

大气逃逸不单单是未来的产物，

它更存在于此时此刻。

关于太空、关于那些千里之外行星的

神奇的科学知识，你听过成千上万。

而我们也正通过研究那些行星来探究其本质。

当我们研究火星或者像热木星一样的系外行星时，

我们会发现好比大气逃逸这种现象的存在。

它们会帮助我们更深入地了解地球。

而太空里的事事物物，其实离我们并不遥远。

谢谢大家。

（掌声）