星海中的地球，蒼藍(lán)色的微光

張雨晨

一、方? 舟

地球就是我們的方舟。

在小說《流浪地球》的故事中，為了避免被太陽的異?；顒?dòng)所毀滅，人類在地球表面建造了一萬多臺(tái)大如山巒的巨型離子發(fā)動(dòng)機(jī)。通過它們磅礴的推力，人類硬是剎住了地球的自轉(zhuǎn)，還讓它逃出了原本的繞日軌道，成了奔向4光年外比鄰星的“流浪地球”。

現(xiàn)實(shí)中，人類的科學(xué)和技術(shù)水平，顯然還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以來這樣一趟“說走就走的旅行”。雖然我們從地球上發(fā)射了不少載人宇宙飛船，甚至踏上了另一顆天體的表面，但這些進(jìn)入太空的智人，僅僅是他們70億同胞中的極少數(shù)，而他們?cè)谔罩型Ａ舻臅r(shí)間，也不過是其個(gè)體壽命的幾十分之一。

不過，我們往往忽略了一個(gè)因?yàn)檫^于顯眼而被無視的事實(shí)——我們身處的地球，就是一艘星海巨艦，其上繁衍生息的蕓蕓眾生，都是一輩子生活在浩渺宇宙中的航天員。到目前為止，地球依然是唯一能夠支持人類長(zhǎng)期在太空中生活的方舟。

那么，就讓我們重新認(rèn)識(shí)一下這熟悉而又陌生的家園——地球。

二、地? “球”

“地球是圓的”對(duì)于我們來說，已經(jīng)是天經(jīng)地義的常識(shí)。但在大多數(shù)人類區(qū)域文明的大部分時(shí)間里，這個(gè)違反直覺的概念根本沒有存在的痕跡。

不過凡事總有可能出現(xiàn)例外。

早在古希臘時(shí)期，就已經(jīng)有先驅(qū)者提出了大地是球形的理論。他們或是發(fā)覺愛琴海上遠(yuǎn)遠(yuǎn)駛來的航船總是先露出細(xì)長(zhǎng)的桅桿然后才會(huì)顯露船身，或是猜測(cè)月食發(fā)生時(shí)那個(gè)咬下月面的“天狗”就是大地在陽光下的投影。但不管通過何種途徑，這些先哲已經(jīng)隱約意識(shí)到了腳下的世界，絕非看上去那樣一馬平川。

“地理學(xué)之父”埃拉托色尼

在古希臘文明的后期，有著“地理學(xué)之父”美譽(yù)的埃拉托色尼（Eratosthenes）在前人的理論上更進(jìn)一步，完成了人類歷史上首次基于數(shù)學(xué)理論工具并有相對(duì)精確結(jié)果的地球周長(zhǎng)測(cè)量工作。在他生活的時(shí)代，希臘文明的火光已經(jīng)隨著亞歷山大大帝的偉大遠(yuǎn)征在三個(gè)大洲上點(diǎn)燃。埃拉托色尼本人就長(zhǎng)居于當(dāng)時(shí)高度希臘化的埃及，而他驚人的測(cè)地實(shí)驗(yàn)，也是在這片即便當(dāng)時(shí)也已有4000年文明歷史的古老土地上完成的。

埃拉托色尼在埃及測(cè)量地球周長(zhǎng)的示意圖

在埃及南部的尼羅河上游，古城阿斯旺正好位于北回歸線附近，因此每到夏至日這一天的正午時(shí)分，太陽都會(huì)不偏不倚地位于天穹的正中，可以把陽光直接投射到豎直開鑿的水井底部。這一當(dāng)?shù)赜忻氖⒕埃蟠髥l(fā)了埃拉托色尼。于是，他在夏至日這一天測(cè)量了埃及北部亞歷山大里亞一座高塔在地面上的投影，根據(jù)投影與塔身各自的高度，算出了當(dāng)時(shí)陽光的角度。而亞歷山大里亞與阿斯旺之間的南北距離，則早就被精于土地測(cè)繪的古埃及人記錄在莎草紙上，保存在亞歷山大里亞宏偉龐大的圖書館中。于是，利用這些數(shù)據(jù)，外加現(xiàn)在中學(xué)就能學(xué)到的幾何學(xué)知識(shí)，埃拉托色尼算出了地球的周長(zhǎng)——約252000希臘里，大致相當(dāng)于44000公里，這與現(xiàn)代精確測(cè)量的結(jié)果——40076公里比起來，僅僅多出了10%。

當(dāng)然，古希臘的地理發(fā)現(xiàn)對(duì)于“面朝黃土背朝天”的古代農(nóng)業(yè)文明來說，還是太過于反直覺了。因此在古希臘文明影響范圍之外，包括中國(guó)在內(nèi)的大部分古文明，都不約而同地秉持著另一套大同小異的“世界設(shè)定”，也就是所謂的“天圓地方”。

埃拉托色尼繪制的已知世界地圖（后人修復(fù)版本）

不過，在繼承了古典時(shí)代知識(shí)遺產(chǎn)的歐洲和西亞地區(qū)，地球的概念還是頑強(qiáng)地?fù)蔚搅丝茖W(xué)曙光的降臨。生活在羅馬帝國(guó)五賢帝時(shí)代的托勒密，就是基于古希臘先驅(qū)者的學(xué)術(shù)財(cái)富，提出了那個(gè)總會(huì)在介紹哥白尼時(shí)被拉出來批判一番的“地心說”。但我們?cè)诔靶ν欣彰堋暗厍蛑行恼摗睍r(shí)，卻往往忽略了“地球”這一概念本身在古代社會(huì)的超前性。

更為不幸的是，埃拉托色尼超越時(shí)代的發(fā)現(xiàn)，在后世被不斷地錯(cuò)誤改寫。地球的面目，在人類眼中開始重新變得模糊不清。

在埃拉托色尼去世1600多年后才誕生的哥倫布，之所以“膽敢”向西去尋找日本、中國(guó)和印度，就是因?yàn)楦鐐惒蓟诤笫厘e(cuò)誤的資料，把地球的尺寸少算了整整三分之一。若非正好有美洲大陸穩(wěn)坐于大洋正中，這位人類史上第三次“發(fā)現(xiàn)”美洲的探險(xiǎn)家，恐怕就要在一望無際的浩瀚大洋正中葬身魚腹，為自己的計(jì)算錯(cuò)誤賠上小命了。

也正因如此，當(dāng)時(shí)已經(jīng)積累了豐富航海殖民經(jīng)驗(yàn)的葡萄牙，果斷地“槍斃”了哥倫布提出的項(xiàng)目申請(qǐng)，將這個(gè)漏洞百出的計(jì)劃甩手讓給了當(dāng)時(shí)剛通過政治聯(lián)姻統(tǒng)一起來不久的西班牙。

“大圓航線”的幾何原理

然而哥倫布本人，卻對(duì)自己的計(jì)劃有著近乎執(zhí)拗的篤信。這種信念支撐他挺過了艱苦兇險(xiǎn)的遠(yuǎn)洋探險(xiǎn)，熬到了幸運(yùn)降臨的時(shí)刻，但也讓他直到晚年都沒能正確認(rèn)識(shí)自己的發(fā)現(xiàn)，最終反而讓一位名叫阿美利哥（Américo）的航海探險(xiǎn)家拿下了美洲（America）的“署名權(quán)”。幸好，盡管哥倫布（Columbus）的發(fā)現(xiàn)有很多“誤打誤撞”的運(yùn)氣成分，但他作為近代第一個(gè)再次發(fā)現(xiàn)美洲的探險(xiǎn)家，還是被歷史所銘記——美洲各處的“哥倫比亞（Columbia）”，就是在紀(jì)念這位從人品到學(xué)識(shí)都不甚完美的偉大開拓者。

當(dāng)然，如果只從實(shí)際角度出發(fā)，對(duì)于沒有進(jìn)入大航海時(shí)代的其他農(nóng)業(yè)文明來說，“大地到底長(zhǎng)什么樣”其實(shí)是個(gè)無關(guān)江山社稷的“玄學(xué)”問題。但到了科學(xué)與技術(shù)雙雙高速發(fā)展，全球貿(mào)易與資本交流開始成型的近代社會(huì)，人們就必須考慮腳下這個(gè)大球的影響了。

最為典型的影響，就是“大圓航線”的發(fā)現(xiàn)。

我們?nèi)羰且獜谋本┏霭l(fā)，坐飛機(jī)去往美國(guó)的舊金山旅行，飛哪條路線才最近呢？

如果只看地圖，我們往往會(huì)想當(dāng)然地認(rèn)為，從北京起飛后一路向東，飛越日本后向正東方向橫跨太平洋是最佳的選擇，畢竟兩點(diǎn)之間線段最短，可謂古往今來盡人皆知的幾何常識(shí)。

然而實(shí)際上到底是不是這么一回事呢？

當(dāng)我們看到航空公司的航線圖時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)真實(shí)的航線與我們預(yù)期的大相徑庭。

為了盡量節(jié)約燃油與時(shí)間，各個(gè)航空公司的客機(jī)從首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)起飛后，幾乎無一例外轉(zhuǎn)頭向著東北飛去，從黑龍江飛出國(guó)境后進(jìn)入俄羅斯領(lǐng)空。隨后，機(jī)長(zhǎng)和飛行控制系統(tǒng)會(huì)將航向逐漸往東偏移，在廣袤的西伯利亞荒野上劃出一道優(yōu)美的弧線。當(dāng)飛機(jī)幾乎向著正東方向飛行時(shí)，它將會(huì)在白令海峽以南的阿留申群島上空穿過國(guó)際日期變更線，飛進(jìn)仍處于“昨日世界”的西半球。最后，客機(jī)將沿著北美大陸的西海岸繼續(xù)弧線南下，最終降落在舊金山國(guó)際機(jī)場(chǎng)。

為什么非要兜上這么大一圈呢？

不同的投影與展開模式下，地圖的樣貌大相徑庭

球面上的幾何學(xué)完全不同于平面

答案實(shí)際上非常簡(jiǎn)單：因?yàn)榇蟮厥且粋€(gè)根本無法完美展開成平面的球面，所以我們看到的世界地圖，實(shí)際上都是經(jīng)過扭曲變形的“示意圖”;這條地圖上看似繞遠(yuǎn)的路線，恰恰是實(shí)際飛行中最短的捷徑。

從數(shù)學(xué)上看，球面上任意兩個(gè)給定的點(diǎn)都能連出一條可以視為軸線的弦，無數(shù)個(gè)截面圍繞著這條軸線，仿佛無數(shù)把西瓜刀，在球面上截出無數(shù)個(gè)經(jīng)過這兩點(diǎn)的圓形平面。當(dāng)我們把這些圓面單獨(dú)拿出來，就可以用簡(jiǎn)單的平面幾何進(jìn)行分析。顯然，對(duì)于給定了弦長(zhǎng)的情況，圓的半徑與周長(zhǎng)越大，兩點(diǎn)間的劣弧就越“平”，距離自然也就越短。

而在球體上切出來的圓形截面中，經(jīng)過球心將球體均分兩半的“大圓”，周長(zhǎng)最長(zhǎng)。因此，對(duì)于球體上的任意兩點(diǎn)來說，它們之間沿球面的最短距離，就是它們與球心三點(diǎn)形成的大圓截面上的劣弧，也就是“大圓航線”。

而在電子科技高度發(fā)展的現(xiàn)代，地球的曲面則更有“存在感”。受制于地球的形態(tài)，任何架設(shè)在地面或者海面上的信號(hào)發(fā)射裝置，都會(huì)被拱起的大地“卡視野”，從而無法直接將無線電波發(fā)射到遠(yuǎn)處的低空或地面目標(biāo)上。

因此，預(yù)警機(jī)以及通訊衛(wèi)星就有了存在的必要——只有把雷達(dá)和通訊基站搬到天上去，才能最大限度地規(guī)避地球曲面帶來的通信阻礙，從而及早發(fā)現(xiàn)低空突防的敵人，或者順利傳輸精彩球賽的直播信號(hào)。

地球?qū)ξ覀兊挠绊?，從最基本的外觀就開始了。

通訊衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)成了信息時(shí)代重要的通訊保障

三、深淵與蒼穹

我們對(duì)地球內(nèi)部的了解，還不如我們對(duì)太空的了解。

這也并不奇怪，致密堅(jiān)韌的厚重巖層，顯然遠(yuǎn)比空靈澄澈的黑暗真空更難看透。人類目前向腳下大地前進(jìn)的最深距離，也不過是蘇聯(lián)時(shí)代一次深“達(dá)”一萬兩千多米的科研鉆探。但這點(diǎn)兒距離相比于地球6378公里的半徑來說，連五百分之一都不到。

地球內(nèi)部分了好幾層，而我們連最外層的地殼都無法突破

面對(duì)這樣超出測(cè)量技術(shù)極限的任務(wù)，科學(xué)家們?cè)俅渭莱隽税＠猩嵩趦汕Ф嗄昵熬鸵咽褂玫膽?zhàn)術(shù)，通過高度抽象的數(shù)學(xué)工具，從看似八竿子打不著的間接證據(jù)中，推測(cè)出真實(shí)自然的宏偉輪廓。

地震波就這樣成了科學(xué)家們研究地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的敲門磚。

每一次地震，都仿佛一顆投入池塘的石子，所釋放的地震波將會(huì)在整個(gè)地球內(nèi)部輻射擴(kuò)散。但就像射入水面的陽光一樣，地震波同樣也會(huì)在不同介質(zhì)的交界面上形成反射與折射，而這些介質(zhì)本身，也會(huì)影響地震波的信號(hào)特征。于是，通過監(jiān)聽每次地震在大地深處的一次次回響，再對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，科學(xué)家們就可以描繪出地球內(nèi)部那些從未被人類親眼所見的壯美奇觀。

在地球的最外側(cè)，是厚度“僅”有幾十公里的巖石地殼。目前人類所有的挖掘與鉆探活動(dòng)，全都只是在這一層相當(dāng)于地球“果皮”的外殼里折騰。鉆石、石油、化石等所有人類目前可以觸及的地下寶藏，全都來自這薄薄的一層。

在這層對(duì)于人類來說已然深不見底的巖石外殼之下，就是厚達(dá)2800多公里的地幔。目前的研究結(jié)果表明，地幔的大部分成分都是處于熔融狀態(tài)的巖石。這些熾熱的液態(tài)或固態(tài)物質(zhì)，占據(jù)了地球主要的“果肉”成分，它們偶爾沖破地殼來到地表，就會(huì)形成恐怖卻又壯麗的火山爆發(fā)。

穿過地幔之后，地震波會(huì)出現(xiàn)一個(gè)明顯的反彈，仿佛灑落在湖面上的陽光。這片位于地球深處的“湖”，就是液態(tài)的外地核。從它的密度看，外地核的主要成分可能是在高溫高壓下化為液態(tài)的鐵與鎳，隨著地球的自轉(zhuǎn)，圍繞著地心快速流動(dòng)。

而在這片“鐵湖”之下，就是地球真正的核心——內(nèi)地核了。這里的溫度足有6000℃，壓力更是達(dá)到了360GPa，是高壓鍋工作壓力的百萬倍。人類若想親自踏足這里，也只能依靠大劉的著名科幻小說《帶上她的眼睛》中的黑科技“深潛船”了。

對(duì)于地球內(nèi)部的環(huán)境來說，東西堆得多了，自然會(huì)“壓力山大”，但熾熱的高溫又是怎么來的呢？

地球內(nèi)部的熱量，其中一小部分來自于地球自星云中誕生時(shí)物質(zhì)大量堆砌擠壓所產(chǎn)生的余熱;而其余的大部分熱能，都來自于地球內(nèi)部放射性物質(zhì)（比如鈾-238）的衰變。這些放射性同位素，會(huì)不斷地為自己“減肥”，將多余的粒子拋出，并釋放能量。因此，它們往往會(huì)在沒有外部條件影響的情況下自發(fā)地“發(fā)光發(fā)熱”，甚至可能會(huì)把自己燒得通紅。地球內(nèi)部的“熔火之心”，就是這樣煉成的。

至于人類發(fā)射的不少太空探測(cè)器，也同樣效仿地球這艘“母船”，搭載著內(nèi)含一塊塊紅熱放射性物質(zhì)的核電池，用以在黑暗深空的漫漫航行中為機(jī)體提供源源不斷的電力。

而對(duì)于地球上的所有生命來說，地心的熱量更是必不可少的生存前提。

正是由于高溫下維持著液態(tài)的外地核，地球才能在內(nèi)部形成一個(gè)至今原理尚不完全為人類所明了的超級(jí)磁場(chǎng)。在這個(gè)我們熟知的“地磁場(chǎng)”中，無數(shù)的磁感線在太空中散開，為地球打造了一面足以偏轉(zhuǎn)太陽風(fēng)的電磁護(hù)盾。只有在電磁南北兩極附近，來自天外的高能粒子才會(huì)肆意地撞擊地球大氣，從而形成縹緲炫目的美麗極光。

為生命抵擋著太陽風(fēng)的地磁場(chǎng)

若是沒有這張電磁護(hù)盾，那么地球的命運(yùn)就可能就要向火星看齊了。

我們的這顆紅色鄰居，曾經(jīng)也有一顆“火熱的內(nèi)心”，但如今卻早已冷卻。因此，火星的磁場(chǎng)強(qiáng)度，大約只相當(dāng)于地球的千分之一。如此一來，火星原本的大氣與水，就不得不直面太陽風(fēng)的持續(xù)轟炸，最終大量逸散，使得火星成了如今荒涼的模樣。

我們的星球，確實(shí)是太陽系中唯一能讓我們安心生存的“應(yīng)許之地”。但我們這些“住戶”，也同樣改變著自己的家園。

四、淡藍(lán)的方舟

“大自然真的自然嗎？”

正如《三體》中所提到的，地球孕育了生命，但生命也反過來塑造著地球。在生命對(duì)地球的諸多改變中，影響最大的一次，就是發(fā)生在新元古代的“大氧化”。

24億年前的地球與如今的生命樂園大相徑庭——大氣中充斥著氫氣與甲烷，卻沒有抵擋紫外線的臭氧層;海水雖然已經(jīng)擁有了原始的生命，但堆滿了鐵離子和硫化物。

直到一類名為藍(lán)藻的原始生命，經(jīng)過一連串的演化巧合，獲得了進(jìn)行產(chǎn)氧光合作用的能力之后，整個(gè)地球生態(tài)環(huán)境才迎來了一次徹底的大洗牌。

對(duì)于當(dāng)時(shí)占絕大多數(shù)的厭氧生命來說，氧氣是一種十足的毒藥。于是，藍(lán)藻家族迅速統(tǒng)治了當(dāng)時(shí)的海洋，當(dāng)了一把名副其實(shí)的“舊日支配者”。此時(shí)的其他生命，絕大多數(shù)都在氧氣的狂潮席卷下，迎來了徹底的毀滅，而僅存的孑遺，要么逃入深海熱泉附近茍延殘喘，要么勉強(qiáng)發(fā)展出一套適應(yīng)高氧環(huán)境——甚至利用氧氣進(jìn)行呼吸的系統(tǒng)，成了日后包括人類在內(nèi)的幾乎所有大型生物的直系祖先。

但被氧氣徹底改寫的，不僅僅是生命的演化道路，還有整個(gè)地球的生態(tài)環(huán)境。

海洋中的鐵離子被氧氣毫不客氣地綁架，成了沉淀在海底的赤紅礦石——“大氧化”這個(gè)名字，就來自于這些在地層中時(shí)常得見的赤鐵礦。而更深層的影響，則發(fā)生在大氣層中。大量涌入的氧氣，迅速將大氣中的甲烷氧化為二氧化碳，大大減弱了原本的溫室效應(yīng)，引發(fā)了地球形成以來的第一次冰期——休倫冰期。在這場(chǎng)持續(xù)了三億年的漫長(zhǎng)寒冬中，厚達(dá)百米的蒼白冰蓋，從兩極一直延伸到赤道，將整個(gè)地球籠罩在白色的死寂之中，也為地球上的生命，帶來了一場(chǎng)可怕的大滅絕。

近乎與世隔絕的深海熱泉成了很多上古孑遺生物的庇護(hù)所

“阿波羅17 號(hào)”飛船拍攝的地球

不過也正是因?yàn)檠鯕?，抵御紫外線的臭氧層才得以形成，從而保護(hù)了古老地球脆弱的原始大氣與珍貴的水資源，使其免于被紫外線轟擊分解后逸散到太空。從此以后，地球才逐漸披上了我們現(xiàn)在近乎熟視無睹的蔚藍(lán)色光暈。

我們所熟悉的地球，是從“大氧化”以后才一步一步形成。而一切的原因，僅僅是一群肉眼都看不到的微生物發(fā)生了一組恰到好處的基因突變。

這就是生命的力量！

如今，另一場(chǎng)恰到好處的基因突變已經(jīng)發(fā)生，讓一批源自非洲草原的靈長(zhǎng)目動(dòng)物產(chǎn)生了演化史上從未出現(xiàn)過的高度智慧，賦予了他們像藍(lán)藻那樣對(duì)地球生態(tài)進(jìn)行“洗牌”甚至“掀桌”的能力。

然而，對(duì)于地球來說，這些風(fēng)雨變遷，都不過是億萬年間的過眼云煙，至于這種力量將會(huì)帶來怎樣的未來，大概也只有那些裸猿自己才需要在意了。

畢竟對(duì)于宇宙來說，就連整個(gè)地球，都不過是一點(diǎn)點(diǎn)轉(zhuǎn)瞬即逝的蒼藍(lán)微光。

【責(zé)任編輯：劉維佳】