為何地球終有一日將變成火星

每一分鐘，就會有四百磅氫氣和幾乎七磅氦氣從地球大氣層飛向外太空。天體物理理學家——安佳麗．特里帕西研究了大氣逃離的現象。在此次精彩演講中，她介紹為何這個現象會在幾百萬年後的某一天，將我們藍色的地球變成紅色。

當你擡頭看夜空中的繁星，

你所見到的，是多麼奇妙。

多麽美好。

但更奇妙的是那些你看不見的，

因為根據人類已知，

幾乎在每一顆恒星周圍

都有一颗行星，

甚至若干個。

這幅圖片沒能告訴你的是

在這個宇宙中存在著的

所有的行星。

當我們提起行星，我們總會覺得，
它們是離我們很遙遠的東西，

跟我們自己的星球很不一樣。

但我們現在正身處在一個行星，

而且有太多美妙的事物在這個地球，

我們正在深入發掘和探索。

當我們探索，就發現奇妙的事物。

但今天我想告訴你們一件
關於地球的奇妙的事，

就是每分鐘內，

四百磅的氫氣（181.2 公斤）

和將近七磅的氦氣（3.18 公斤）

正在從地球洩漏到宇宙中。

這些氣體一去不復返。

氫氣、氮氣、和很多其他氣體

共同組成了我們所知的地球大氣。

大氣層從國際空間站的視角來看，

就只是一層薄薄的藍色。

這是太空人拍下的照片。

正是這層稀薄的大氣，

讓地球上的生命欣欣向榮。

大氣保護地球，免受太多侵害，

例如隕石墜落。

但是事實上，

這個奇妙的現象正在消失。

這應該讓你感到害怕，
哪怕只是一點點。

這消失的過程就是我研究的領域——

大氣逃離。

大氣逃離的現象
不僅僅發生在地球上；

這個現象是被稱為行星的條件之一，

因為不僅在地球上，
在宇宙中的所有行星上，

都會發生大氣逃離現象。

實際上，這個現象
可以告訴我們關於行星本身。

因為當你想到太陽系，

你可能會想到這張圖片。

你可能會說：
這有八顆行星，可能是九顆。

那些為這張圖片感到苦惱的朋友，

我要給你們加上一顆。

（笑）

我們尊重「新視野號」，
所以連冥王星也算上。

我們現在討論的是：

為了關於大氣逃離的研究課題，

我認為冥王星屬於行星。

同樣的，在我們看不見的恒星周圍

公轉的行星都應該被稱作行星。

因此，行星的基本特徵

包括他們受萬有引力吸引
而凝聚成一體

這個事實。

這股吸引力令很多物質

凝聚在一起。

因為這些行星體積巨大
而且引力很強，

所以它們是球體狀。

所以當你看到圖中所示的所有星球，

包括冥王星，

它們都是球體。

萬有引力是一個很重要的因素。

行星的另一個基本特徵

是你在這個圖裡沒有看到的，

那就是我們的恒星——太陽。

太陽系中所有
行星都圍繞著太陽公轉，

這也是大氣逃離現象的基本原因。

恒星造成大氣從行星中逃離是因為

恒星為行星提供的微粒、光、和熱

會促使大氣逃離。

你可以想象一個熱氣球，

或者看看這幅泰國水燈節的照片，

你會見到熱空氣可以驅使氣體上升。

如果能量和熱量充足，

像太陽那樣，

那麽質量輕而且受到引力吸引的氣體

就會逃離進入宇宙，

造成大氣逃離

不僅在地球，而且在其他行星上，

這互相作用都因恒星給予的熱量

和掙脫行星自身的引力而產生。

我曾經提到過：

氣體逃離的速度是
每分鐘四百磅的氫氣

和將近七磅的氦氣，

但這現象看起來是什麽樣子的呢？

從八十年代開始，

美國國家航空暨太空總署

動態探測器飛船

就在為地球拍攝紫外線照片。

這兩張照片告訴你

氫氣逃離時的光是什麽樣的——

是紅色的那部分。

你也可以看到其他部分：

氧氣和氮氣是白色的、

發亮的圓圈的那部分。

還有回歸線附近的小束光線。

所以總結來看，

我們的大氣層並不是只與
地球緊密相連的，

它們用，我會說是驚人的速度，

逃離到宇宙深處。

但地球並非唯一
存在大氣逃離現象的行星，

我們最近的鄰居火星比地球小得多，

所以它對於它的大氣層
具有較小的引力。

所以盡管火星有大氣層，

火星大氣層比地球大氣層薄得多。

火星表面的大坑就可以告訴我們：

火星並沒有一層

足以阻止大氣逃離的大氣。

火星被稱為「紅色行星」，

而大氣逃離

是火星呈紅色的原因之一。

火星原本是濕潤的，

當水擁有了足夠能量
就會分解成氫氣和氧氣，

質量很輕的氫氣逃離了火星，

剩下來的氧氣

氧化了土地，

使土地變成我們
所看到的生銹的紅色。

看到火星的照片，

我們就可以推斷
大氣逃離現象的存在。

美國太空總署在火星上
放置的 MAVEN 衛星，

它的實際任務
就是研究大氣逃離現象。

MAVEN 是「火星大氣
與揮發物演化任務」的縮寫。

它發現火星的大氣逃離現象

與地球上發生的很相似。

我們一直知道火星正在
失去它的大氣，

但讓我們來看看令人震驚的照片。

比方說這裏，你可以看到紅色的圓圈

代表火星的大小，

藍色的部分代表逃離火星的氫氣，

而這塊藍色的區域是
火星大小的十倍，

足以證明它們已經
不再受到火星引力的吸引，

而是逃離進入了宇宙。

這幫助我們證實了

火星呈紅色的原因是消失的氫氣。

但氫氣並非唯一逃離的氣體，

還有我之前提到地球上的
氦氣、氧氣、和氮氣。

我們還可以通過 MAVEN
了解火星上消失的氧氣。

你可以看到，因為氧氣質量重，

它們不能像氫氣一樣逃離得那麽遠，

但它們仍在逃離火星。

圖中綠色的部分
不局限在紅色的圓圈以內。

因此，我們不僅研究
地球上的大氣逃離現象，

還研究其他行星，並且通過發射飛船

我們可以得知行星的歷史、

行星的一般特徵、

以及地球的未來。

我們能預測未來的一個途徑，

是通過我們看不見的遙遠行星。

在我繼續講下去之前，
我要告訴你們的是，

我沒有冥王星的類似圖片，

這可能會令你們失望，

這是因為我們還沒能
拍攝到這樣的照片。

但是新視野號目前正在研究

大氣逃離，

所以你們不久之後就能看到。

我想介紹的行星

叫作「淩日系外行星」。

圍繞除太陽外的
其他恒星公轉的行星，

都被稱為「外行星」
或者「太陽系外行星」。

我們之所以稱它們為
「淩」日系外行星，

是因為它們的特殊特徵：

你看圖中間的那顆恒星，

它實際上正在閃爍，

而它閃爍的原因是

一直有行星在圍繞它公轉，

而且眾行星公轉的特殊方向

導致它們擋住了恒星的光芒，

所以我們才能看到閃爍的光芒。

通過研究夜空中的星星

閃爍的現象，

我們就能找到行星。

這是我們能夠在銀河系中

找到超過五千顆行星的方法，

我們也知道還有更多
等待被發現的行星存在。

當我們看到恒星的光芒時，

我們看到的，如我所言，
並不是恒星本身，

而是瞬間減弱的光，

我們可以記錄這段時間。

當行星公轉到恒星前方時，

光線變暗，

這就是我們看到的閃爍的光芒。

我們不僅能夠發現行星，

還可以看到光的不同波長。

我曾經提到通過紫外線
觀測地球和火星，

如果我們用哈伯望遠鏡
觀測淩日系外行星，

我們能發現：在紫外線下

可以看到更強的閃爍，
以及行星經過時

恒星散發出更少的光芒。

這個現象的原因是：在行星周圍

有一層被延伸了的氫氣層，

這使得它看上去更厚，

所以擋住了更多的光。

利用這個方法，我們已經成功發現了

一些有著大氣逃離現象的
淩日系外行星，

其中有一些

被稱為「熱木星」，

這是因為它們是
類似木星的氣體行星，

但它們離恒星更近，

大約比木星離太陽的距離短一百倍。

由於這些輕的氣體已經
準備好要逃離，

加上來自恒星的熱量，

大氣逃離的速度之快是災難性的。

不同於地球上每分鐘
四百磅氫氣的逃離速度，

在這些行星上，

每分鐘有十三億磅氫氣消失。

你可能會問：
大氣逃離會讓行星滅亡嗎？

這是很多人想問的問題。

因為在我們的太陽系中，

離太陽近的行星都是佈滿岩石的，

而離太陽遠的行星
更大而且有更多氣體。

毀滅不會先從離太陽近的木星

先開始嗎？

因為會把木星上的所有氣體都排盡。

我們認為如果
從熱木星這類行星開始，

最後並不能以水星或者地球結束。

但如果從更小的行星開始，

有可能消失掉足夠的氣體，

對這顆行星造成巨大的影響，

而且最後的結果
可能跟開始時完全不同。

這些聽起來都很籠統，

我們可能會聯想到太陽系，

但這和我們的地球有什麽關係？

在很遠的未來，

太陽將會變得更亮，

當這樣的情況發生時，

太陽散發出的熱量將會劇增。

如同我們看到氣體
從熱木星上逃離那樣，

氣體也會從地球上蒸發。

所以我們能夠預測的，

至少能夠有所準備的是：

地球將在很遠的未來

變得如同火星一般。

從水分解出來的氫氣

將會以更快的速度逃離地球，

而留給我們的將是一個
乾燥而泛紅的地球。

別害怕，這離我們
還有幾百萬年的時間，

我們還有足夠的時間準備。

（笑）

但是我想讓你們知道的
是正在發生的事。

大氣逃離並不是將發生在未來，

而是發生在此時此刻的每分每秒。

很多奇妙的科學現象發生在宇宙，

和離我們遙遠的行星中，

而我們通過研究這些行星來了解世界。

但當我們研究到火星
或是熱木星那樣的外行星時，

我們發現了大氣逃離的現象，

這告訴我們更多關於地球的信息。

所以下次你認為宇宙離我們很遠時，
請別忘了發生在那裡和這裡的事。

謝謝。

（鼓掌）