地球生命起源的关键：科学家在太阳系外寻找板块构造

数十亿年前，地球启动了一项人类至今未在其他星球上发现的自然过程。这一过程不仅塑造了全新地貌，还彻底重构了地球表面的碳循环，使我们的星球在数十亿年间保持温和宜居。这个自然过程就是板块构造。科学家认为，地球持续地对其岩石外壳板块进行归并、重塑，不仅造就了地球的宜居性，甚至可能是生命出现和发展的不可或缺的先决条件。

尽管理论上如此，但由于缺乏参照物，我们难以确知板块构造对地球生态是否至关重要。目前尚未发现其他行星存在板块构造：在太阳系四颗岩质行星中，唯有地球以这种方式循环利用地壳，而太阳系外也未观测到确凿证据。

板块构造：地球的“生命维持系统”

英国牛津大学的托比亚斯·迈尔指出，尽管其他星球上的生命可能无需板块构造也能生存，但可以确定的是，板块构造显著提升了地球生命繁衍的可能性。在他看来，若将地球比作太空飞船，板块构造便是其生命维持系统：既是循环再生装置，也是恒温调节器。

板块构造论描述了地球的岩石外壳如何碎裂成拼图般的板块，在黏稠如糖浆的地幔上漂移。海洋生物依赖从大陆搬运入海的养分而繁荣，而海洋生物的繁盛又将养分回馈到陆地。有科学家认为，如果不是板块构造构建大陆地壳并不断抬升新山脉，随着陆地日益平坦，侵蚀作用将减缓，导致海洋关键养分的枯竭。

“若无板块构造，地球可能根本不存在液态水。”

板块构造掌控着地球的“天然恒温器”，即碳酸盐—硅酸盐循环。大气中的二氧化碳同水及新暴露的岩石发生反应，被结合到岩石中，最终通过板块构造被吞入地幔，随后又被火山重新喷发出来。这一过程对调节大气中的二氧化碳含量至关重要，也由此影响地表的气温平衡。

寻找系外“板块行星”

近年来，借助詹姆斯·韦伯太空望远镜，科学家开始探索太阳系外岩质行星的地质特征。首颗可能揭示板块构造特征的行星或许是LHS 3844 b，这颗行星围绕着一颗距离地球约49光年的暗淡小恒星运行。美国马萨诸塞州哈佛-史密松天体物理中心的塞巴斯蒂安·齐巴领导的团队正在研究这颗系外行星的岩质地表。

这颗岩质行星发现于2018年，略大于地球，却紧贴恒星运行，其公转周期仅为12小时。这种轨道使行星形成固定潮汐，而它一半永远面向恒星，另一半则“永不见天日”，这导致其昼夜半球温差高达770°C。

迈尔特别想探究它们是否可能存在板块构造，其构造又可能会呈现何种模式。2021年，他与团队运用基于观测数据的计算机模型，发现LHS 3844 b可能因昼夜半球极端温差而形成了一种人类前所未知的行星构造类型——半球构造。

行星火山活动的间接证据

科学家虽还无法直接探测到其他星球上的构造板块，但可通过间接线索进行推测。特定模式的火山活动便是一种可能的迹象。行星的构造机制决定了其内部物质的运动方式，而这对火山活动具有重大影响。例如，地球上的火山多分布在板块边缘，而在板块内部则极为罕见。

“若LHS 3844 b存在半球构造，该行星一侧的火山活动将比另一侧活跃很多。”

然而，探测系外行星的火山活动并非易事。科学家们常用的一种研究方法是观测行星经过恒星表面时引起的恒星光线变化。通过分析这种微弱变化，科学家可测得行星温度，并寻找出可能指向火山活动的行星表面活动模式。

科学家们首次观测到的外星火山气体，可能来自系外地球LP 791-18 d。本内克正领导一项韦伯望远镜项目，旨在确定该行星是否笼罩在富含二氧化碳的火山大气中。

解析岩石类型揭示行星构造

还有一种方法可能揭示行星构造特征：解析其地质成分。当韦伯望远镜的观测数据排除了LHS 3844 b等好几颗行星存在大气层时，许多人感到失望。但这为直接探测地表提供了便利。

研究人员正着手确定某些无大气行星表面的主要岩石类型。LHS 3844 b尤其引人注目，因其温度极高却未达到熔融状态，这使得热发光成为这颗岩质行星中最易被观测到的特征——它可揭示岩石类型，甚至暗示其地表结构。

此类研究标志着人类首次涉足系外行星地质学这一全新领域，致力于探索外星岩石世界的内部构造与地表特征。科学家对岩质行星的认知仍“处于最表面的阶段”。