地球是独一无二的吗？

位置！位置！位置是好莱坞电影成功的秘诀，是卖出房地产的要件，也是生命散布宇宙的关键。

宇宙中有许多地区明显不适合生物生存，只有少数地方可能成为生命赖以存活的绿洲。空旷的太空、恒星的核心、严冻的气体云和气体行星如木星的“表面”，必定都没有生命。我们无法明确掌握生命生存的环境限制，但观察地球生命的所需条件得以让人类有所根据，预测宇宙何处可能会有生命。此外，我们也明白自己怀有偏见，身为地球的居民会以地球的角度来看全宇宙，认为地球似乎是个近乎完美的栖息地。

的确，地球的位置是生命出现的最基本条件之一，地球与太阳之间的距离看起来十分理想。任何行星系统中，与恒星有段间隔之处，都有可能出现类似地球现状的地表环境。所谓“适居区”，意指行星系统中的一个区域，在那里可能找到如地球般生物可以居住的行星;要决定何地为适居区，也就是天体生物学家所说的HZ，首先要看的就是该地和恒星间的距离是否恰当。适居区的观念自创始以来一直广为大家所接受，而且曾是数场重要科学会议的主题，其中一场就是大师沙根在退休前不久亲自举办的。

适居区的特点为：在此区域中，来自中央恒星的热能维持行星的表面温度，让液态海洋不致完全冻结，也不会沸腾蒸发。适居区的实际宽度取决于我们的判定，端看行星到底要与地球多么相似，我们才会认定这颗行星是适居的。地球人快乐地生活在近理想的气候条件中，觉得在极端条件中，诸如没有海洋或行星被冰封的情况下，生命似乎绝不可能存活;但若地球稍微靠近或稍微远离太阳一点，上述极端情况就会出现。居住在适居区或行星的“宜人地区”中，有如在寒冷夜晚身处营火旁;试想：在阿拉斯加的育空地区待上一晚，当温度约摄氏零下七十三度时，你身旁有烧得很旺盛的营火，若睡得太近会着火，但太远又会冻僵。

天文学家在一九六○年代开始讨论适居区的概念，当时认为适居区的范围是依外围的低温和内缘的高温来决定。我们在太空中最近的邻居提供了鲜明的例子，显示若行星接近适居区、但非位于其中会有何遭遇;行星若比适居区还接近太阳，会变得太热，金星就是一例。金星的表面热到几乎通红，如果上面曾有海洋早就已经蒸发，完全消散在太空中。

适居区外，温度太低;如火星，自地表一直到向下数公里的深处都是结冻的。如果地球往适居区外围移动，或太阳释放的能量减少，地球的大气温度就会降低，全球因此而冰封，然后二氧化碳凝结成“干冰”微粒组成的反射云，最后在极冠固结。

在一九七八年，天体物理学家哈特进行精密计算后得出令人惊异的结论，内容包括一项现在众所周知的事实，亦即随着时间流逝，太阳会变得愈来愈亮;大约四十亿年前的太阳比现在暗约百分之三十。太阳变亮，适居区的范围就会向外移，因此地球会愈来愈接近适居区内缘。在太阳系存在期间，地球自现在所在位置至离开适居区所经过的这个区域，哈特称之为继续适居区，又名CHZ。根据他的计算，若在历史中的某一刻，地球与太阳间的距离增加了百分之一，地球上就会出现失控的冰河作用;若减少了百分之五，就会发生失控的温室效应。这两种结果都是无法挽救的，一旦地球遭到冰冻或是温度急速上升变得有如热锅，都不可能有回头的机会。现在大众普遍认为，冰冻的行星可能会因中央恒星持续变亮，而变得适于居住。若地球的轨道较现在更为椭圆，转圜的余地甚至还会更小。哈特的研究结果显示，太阳四周的继续适居区惊人地窄;而在质量更小的恒星附近，甚至没有继续适居区。这意味着行星要拥有和地球一样的海洋和生命的确很困难。

现在一般认为哈特的继续适居区范围太过狭窄，因为他并未考量到数种效应，其中之一为后来发现的重要化学作用，也就是所谓的二氧化碳-硅酸盐循环。在地球上，此循环有如温度调节器，让地球温度保持在“健康”的范围内。平常阳光会增加地球的热度，但这种作用能维持地球表面的适居温度。二氧化碳是少量气体，只占大气的百万分之三百五十，但二氧化碳也是“温室”气体，会吸收红外线，减缓热量逸回太空的速度。若无温室效应，地球表面温度会比现在低上大约摄氏四十度。二氧化碳-硅酸盐循环（又名：二氧化碳-岩石循环）的自动调温功能是因风化作用而发生，本书稍后会详加说明。假如地球变暖，风化作用会增加，移除大气中的二氧化碳，造成地球温度下降。在地球太冷时，风化作用和二氧化碳的流失量会减少，而火山继续释放二氧化碳，导致地球暖化。这种重要的反回馈系统加宽了继续适居区的范围，但因为科学家尚未完全了解整个行星上二氧化碳-岩石循环作用的成效，所以继续适居区的疆界难以理清。利用这项新资讯，天体生物学家凯斯丁和同僚将适居区定义为“恒星周围的一段区域，其中出现似地球的行星（具同等质量），行星具有含氮、水和二氧化碳的大气，气候适宜让居住在地表、以水维生的生命生存。”在一九九三年时，他们推测继续适居区的宽度非○.九五AU，而是一.一五天文单位（AU代表地球到太阳的距离，亦即一亿五千万公里左右）;这项结果比哈特的估计宽了许多，但仍十分窄小。

在天体生物学中，适居区的观念十分重要;但位于适居区内，并非生命出现的必要条件。生命能在恒星适居区以外的地方生存。若太空船的供给、动力和设计均十分“完善”，太空人几乎能在太阳系的任一地生活，并且（在这种情况下）在宽广、空旷的宇宙中任一角落存活。另外，发现嗜极生物让科学家开始采用全新的角度来研究适居区，和短短数年前完全不同。一般定义的适居区，其实是动物的适居区，而居住在地底、只需少许化学能量和水的嗜极生物，也许能在适居区外多种环境中生存，包括行星、卫星，甚至小行星的地表下。木卫二即是个好例子;这个隶属木星的卫星可能有个地下海洋。对微生物来说，即使木卫二和传统定义之适居区相差甚远，或许仍是个好居地。