由布朗領導的研究小組所做的模擬提供了金星曾經有過板塊構造的證據–這一發現為金星上存在早期生命的可能性打開了大門，也讓人們對金星的歷史有了更深入的了解。新的研究發現，金星-科學家眼中的炙熱荒原–可能曾經有過與地球早期類似的板塊構造運動。這項發現為金星上早期生命的可能性、金星的演化歷史以及太陽系的歷史提供了誘人的想像空間。

最近的一項研究顛覆了我們對金星的認識，顯示金星曾經有類似地球的板塊構造。根據金星目前的大氣成分所得出的這一論斷，預示著這顆行星可能在數十億年前就已經孕育了生命。資料來源：NASA/JPL

由布朗大學研究人員領導的科學家團隊在科學雜誌《自然-天文學》上撰文，介紹了利用金星大氣數據和計算機建模得出的結論：金星目前的大氣成分和地表壓力只有在早期的板塊構造形式下才有可能形成。在地球上，這個過程經過數十億年的強化，形成了新的大陸和山脈，並導致化學反應，穩定了地球表面的溫度，形成了更有利於生命發展的環境。

儘管金星是一片炙熱的荒原，但由於在大小、質量、密度和體積上的相似性，這顆行星經常被稱為地球的姊妹行星。圖片來源：NASA/JPL

對比金星和地球的地質路徑

另一方面，金星，地球的近鄰和姊妹行星卻朝著相反的方向發展，如今它的地表溫度足以融化鉛。一種解釋是，人們一直認為金星有一個所謂的”停滯的蓋子”，這意味著它的表面只有單一的板塊，只有極少量的運動和氣體釋放到大氣中。

新論文認為情況並非總是如此。為了解釋金星大氣中存在大量氮氣和二氧化碳的原因，研究人員得出結論，金星一定是在行星形成後的某個時期，大約45 億至35 億年前，發生過板塊構造作用。論文認為，早期的板塊構造運動和地球上一樣，在板塊移動的數量和移動的程度上都是有限的。地球和金星上也會同時發生這種運動。

這項研究的第一作者馬特-韋勒（Matt Weller）說：”其中一個重要的啟示是，我們很有可能在同一太陽系中同時有兩顆行星在板塊構造機制下運行，這種構造模式與我們今天在地球上看到的生命模式相同。”

對古代生命和行星宜居性的影響

這支持了遠古金星上存在微生物生命的可能性，並表明這兩顆行星–位於同一太陽鄰域，大小差不多，質量、密度和體積也相同–在分化之前一度比以前想像的更加相似。這項工作也凸顯了一種可能性，即行星上的板塊構造可能只是時間問題–因此，生命本身也可能是時間問題。

研究的合著者、布朗大學地球、環境和行星科學助理教授亞歷山大-埃文斯（Alexander Evans）說：”迄今為止，我們一直從二元論的角度來看待構造狀態：要么是真的，要么是假的，而且在行星的整個存在期間要么是真的，要么是假的。這表明，行星可能會在不同的構造狀態中進進出出，而且這種情況實際上可能相當普遍。地球可能是個例外。這也意味著我們可能有行星在可居住性之間過渡，而不僅僅是持續可居住性。”

大氣研究的重要性

論文稱，當科學家希望了解附近的衛星–例如木星的木衛二，它已證明具有類似地球的板塊構造–以及遙遠的系外行星時，這一概念將是重要的考慮因素。

研究人員最初開始這項工作是為了證明遙遠的系外行星的大氣層可以成為它們早期歷史的有力標記，之後他們決定在更近的地方研究這一點。他們使用金星大氣層的當前數據作為模型的終點，並假定金星在整個存在過程中都有一個停滯的蓋子。很快，他們就發現，就目前大氣層中的氮和二氧化碳含量以及由此產生的地表壓力而言，再現金星目前大氣層的模擬結果與金星目前的狀況並不相符。

隨後，研究人員模擬了地球到達今天的位置所必須發生的情況。最終，當他們考慮到金星歷史早期有限的構造運動，以及今天存在的停滯蓋模型時，他們幾乎完全吻合了這些數字。

總之，研究小組認為，這項工作證明了大氣層的概念及其洞察過去的能力。埃文斯說：”我們仍處於利用行星表面了解其歷史的模式中。我們第一次真正表明，大氣層實際上可能是了解行星一些非常古老的歷史的最佳途徑，而這些歷史往往沒有保存在行星表面。”

DAVINCI 將派出一個直徑一公尺的探測器，冒著金星表面附近的高溫高壓，探索從雲層上方到地表附近的大氣層，那裡可能是過去的大陸。在最後幾千公尺的自由落體下降過程中（如圖所示為藝術家印象），探測器將首次捕捉到金星最深層大氣的壯觀圖像和化學測量數據。圖片來源：NASA/GSFC/CI 實驗室

即將進行的研究與結論

即將執行的NASA DAVINCI 任務將測量金星大氣中的氣體，這可能有助於鞏固研究結果。同時，研究人員計劃深入研究論文提出的一個關鍵問題： 金星上的板塊構造發生了什麼變化？論文中的理論認為，金星最終變得太熱，大氣層太厚，乾涸了構造運動的必要成分。

布朗大學地球、環境和行星科學系教授、論文合著者丹尼爾-伊巴拉（Daniel Ibarra）說：”金星在某種程度上基本上耗盡了能量，這就給這一過程踩了剎車。”

研究人員韋勒說，這個過程的細節可能會對地球產生重要影響：「這將是了解金星、金星的進化以及最終地球命運的下一個關鍵步驟什麼樣的條件會迫使我們沿著類似金星的軌跡前進，什麼樣的條件可以讓地球保持宜居狀態？”