國家地理雜誌中文版 ：尋找下一個地球

一直以來，天文學家都懷疑銀河系中的其他恆星也有行星存在，不過望遠鏡卻無法偵測到這些幾光年外的世界。1995年，科學家公布發現一顆繞飛馬座51恆星運行的行星，飛馬座51距離地球50光年。飛馬座51b行星的質量是地球的150倍，距離母恆星只有800萬公里，這樣的距離僅僅是水星到太陽的六分之一，這顆「熱木星」（hot Jupiter）包覆著攝氏982度的大氣。

儘管它不適合居住，但仍是顆行星，它的發現證明了其他世界的存在，這些太陽系外的世界等著我們去發現。太陽系外行星發現的進展相當快，天文學家已經找到超過3400顆「系外行星」（exoplanet）。我們的銀河系估計有1000億或更多的行星存在，光是距離地球50光年的區域內，可能就有超過1500顆行星。
搜尋地球這樣的行星正在進行中，這類行星上可能會有生命存在。

第一章 地球：認識其他世界的關鍵

我們祖先在夜晚觀察天上的行星時，也曾經想像這些世界是否和我們的地球很相似。不過，當近代的天文學家把望遠鏡指向這些行星，卻只能看見一些模糊景像，一直到太空探索時代來臨，才解開我們長久以來的疑惑。
太空船所拍攝的影像揭開了行星地貌和地球地表變動之間的關聯，太空人繪測了月球和火星上的隕石坑，發現是小行星或彗星撞擊所造成之後，地質學家很快地就發現地球上也有類似的撞擊痕跡。而月球上的「海」其實是噴發出來的熔岩冷卻後所形成，這種地形在西伯利亞、印度和美國也看得到。火星上有些巨大的火山，面積是臺灣的五倍大，火星南北極有厚厚的冰冠，還有和地球上相似的峽谷和水道，可能都是水流侵蝕所造成的。
探索這些行星，並把它們跟地球比較，能夠幫助我們了解，地球仍然受到活躍地質作用的影響。藉由太陽系這個實驗室，我們能解開地球上的未解之謎。

第二章 宇宙創造性的破壞 : 小行星和彗星撞擊地球

45億年來，地球飽受撞擊，這個靶場就在我們的太陽系，子彈是小行星和彗星，是行星形成後留下來的碎屑。由岩石組成的這些小行星，原本是位在火星軌道和木星軌道之間一顆行星的原料，不過木星快速形成後，它的重力干擾了這顆行星形成，並把行星原料撒向四方，你可以在靠木星內側的四顆衛星上，看見它們表面傷痕累累的撞擊坑。
彗星在天王星軌道和海王星軌道之間形成，是塵埃和冰組成的雪球，受天王星和海王星重力影響，拋擲到太陽系各個角落，目前大部分彗星都位在冥王星軌道外的地方。
小行星和彗星的總數有數百萬顆，大小從房子到嘉義市般大都有，有些會靠近或穿越地球運行的軌道，如果地球受到較大天體撞擊時，天體的質量和速度會撞擊出光和熱，形成凹陷的隕石坑，這樣的撞擊會對全球造成災難。

第三章 地球表面的運動

在地表造成破壞和傷亡的地震、火山爆發和海嘯，都是板塊運動的結果；板塊運動是地球上重要的地質活動，由地函中的放射性元素衰變產生的熱，熔化了岩石所引發的。炙熱且較輕的物質從地心上浮，冷卻後再往下沉，形成緩慢的對流，對流的熔岩上方就是地球最外層地殼板塊。
板塊之間的碰撞形成山脈，板塊碰撞後往下沉的部分會形成海溝和火山，板塊之間相互滑動則形成巨大斷層。雖然有些板塊的運動很緩慢，但強烈地震發生後，你就能見證板塊運動的劇烈程度。我們在太陽系裡也發現類似的例子，例如金星的大斷層和火星地殼上的巨大峽谷。山脊、裂縫、山脈和斷層是行星地底活動的線索，我們的目標是學習如何在這變動的世界中更安然地生活。

第四章 來自地底的火焰：火山
火山是證明行星仍然活躍的證據，在太陽系各個角落皆有，大部分火山記錄了活躍的過去而不是現在。熔岩流重塑地貌，噴發煙塵中的氣體和灰燼改變了大氣。有些火山噴發持續數年，甚至數十年，而有些只是幾天。
地球上的火山造就迷人的風景，就像天堂般的夏威夷島和高聳的富士山。
不過，火山也帶來致命的危害，熔岩流摧毀生命及財產，噴發的雲和煙塵會造成航空運輸停擺好幾個星期。火山學家把地球上的火山與其他行星和衛星比較，試圖了解哪些因子決定火山為何、如何、何時爆發。這些對地球火山的研究，幫助我們解釋從水星到冥王星表面的熔岩流現象，揭露行星的過去、現在與未來。

第五章 在地表上流動的液體

太陽、重力和流水，共同構成地球上的水文循環，水蒸發、下雨又回到地面，並且受到重力的作用，慢慢侵蝕地表。
美國亞利桑那州世界聞名的大峽谷是由科羅拉多河侵蝕而成，河水流經在自地質史上歷經20億年才往上抬升1.6公里的岩床，而科羅拉多河只在600萬年內就鑿出大峽谷，以及附近許多較小的峽谷，將超過12兆公噸的沉積物沖刷到海洋。當行星地質學家第一次在火星看見類似的溪谷和峽谷，覺得非常有趣，因為地球不再是唯一受到水文循環形塑的行星。洪水的水道和山谷的脈絡顯示，在這顆紅色行星上曾經有劇烈的水文循環，雨水和融冰切割火星高地，形成了深谷，而洪水也曾經在巨大峽谷中怒吼。

第六章 冰雕地貌

想像一下，我們的地球不是一顆藍色的行星，而是白色的天地。大約在兩萬年前，冰原從北極延伸到北美五大湖，而且覆蓋了大部分的北歐地區，但是現在主要分布在兩極地區和格陵蘭，不過，當這些冰河移動時，會持續蝕刻地貌。
地球上90%的淡水儲存在冰冠和冰河，如果它們全都融化，海平面將上升多達70公尺。我們在水星和月球都偵測到冰，木星、土星、天王星和海王星的衛星及冥王星也都有冰存在的跡象。火星上的極冠暗示更寒冷的過往，影像顯示火星表面過去可能遭受冰河蝕刻。
這些其他星球的冰凍地貌，可以幫助我們了解，在它們形成以及變化的過程中，水所扮演的角色，並且提供了過去氣候的訊息。當我們研究其他行星自然的氣候變遷時，讓人擔心的是，人類在地球上引發的氣候變遷。
 
第七章 風的作用

風無法舉起大陸或將海洋板塊推入地函，不過給它足夠時間，風將重塑地球的地貌。幾乎透明的大氣只占地球百萬分之一的質量，移動的大氣可以從地上輕易吹起土壤和塵埃。受到炙熱太陽加熱，赤道空氣上升，往南北方向移動，並將能量帶往兩極。地球自轉讓這股風偏移，從冷空氣上方通過，形成能量循環，這就是我們熟知的「風」。
暴風能夠重擊海岸線， 破壞森林， 摧毀建築物。1934年，美國新罕布希爾州華盛頓山上測量到高於每小時372公里的風速。穩定的風吹起塵暴，能夠將砂和細塵帶到遠處。雖然風能夠帶動的砂粒比流水的效率差，不過長時間下來，風還是能夠吹蝕岩石，形成巨大的沙丘。


第八章 我們是唯一的嗎？尋找地外生命

抬頭仰望夜空中閃閃發亮的星星，人類總是疑惑：我們是不是唯一的生命，這些恆星有沒有提供生命所需的溫暖？要回答這個問題，我們必須了解地球上生命的起源，還有生命在其他世界是否可能存在。地球上的生命分成三大類：細菌、古細菌和真核生物（人類所屬的類別），每一種生物都是從一個共同的祖先演化而來。所有的生物細胞都是用核糖核酸（RNA）和去氧核糖核酸（DNA）來儲存遺傳訊息，當物種變得複雜，它們就可以演化出更多的基因，來支持新的能力和型態。所有生命都有一些共同的基因，雖然已知的胺基酸有500多種，但是地球上的生命只使用其中20種左右。
我們已經發現星際雲、彗星之中有胺基酸存在，在隕石上也發現有組成DNA的胺基酸，這些無所不在的生命元件，暗示地球以外的生命，可能不會和地球上的生命差距太多。

第九章 新世界 尋找下一個地球和生命繁衍的地方

一直以來，天文學家懷疑銀河系中的其他恆星也有行星存在，不過，望遠鏡無法偵測到這些幾光年以外的世界。1995年，科學家宣布發現一顆繞著飛馬座51恆星運行的行星，飛馬座51距離地球50光年（1光年＝9兆5000億公里）。飛馬座51b的質量是地球的150倍，距離母恆星只有800萬公里，這樣的距離僅僅是水星到太陽的六分之一。這顆「熱木星」（hotJupiter）由攝氏982度的大氣包覆。
儘管它不適合居住，但是仍然是一顆行星，這項發現證明了其他世界的存在，這些太陽系外的世界，值得我們前去探索。發現太陽系外行星的進展相當快，天文學家已經找到超過3400顆「系外行星」（exoplanet）。我們的銀河系估計有1000億顆或更多顆行星，光是距離地球50光年的區域內，可能就有超過1500顆行星。目前科學家正在搜尋類似地球這樣的行星，這類行星上可能存在著生命。

本刊的作者是兩位太空探險家：美國航太總署（NASA）的太空人Tom Jones以及首席科學家Ellen Stofan，他們首先從行星科學的角度，分析太陽系中的行星與地球有什麼不同，接著介紹地球在太陽系中的獨特地位，再探討太空中是否可能存在另一個地球？

如果我們對其他世界懂得愈多，就愈能了解我們所在的世界。

這本特刊要介紹的是我們的地球在太陽系中獨特的地位，從太空人和太空船儀器觀察到令人屏息的地球，將這些訊息和其他行星比較，有助於揭露地球的奧祕。

我們兩位（湯姆．瓊斯以及艾倫．斯托分）是太空探險家，長期研究地球和其他行星，我們用來探索其他世界的太空船儀器，原本是用來勘查我們的行星，例如人造衛星運用各式儀器追蹤颱風、檢視地球南北極上空的臭氧層破洞、監視蠢蠢欲動的火山和測量地球的溫度。

探索太陽系裡的其他行星，讓我們了解地球只是太陽系眾多星球的一顆，太陽系也只是我們星系中超過數十億恆星系統中的一員，而我們的星系也僅僅是宇宙中超過數十億星系中的一個。這些探索啟發我們思考地球在宇宙中的地位。
如果某位醫生只有一位病人，可能可以非常了解這位病人的病況，但是缺少了對其他病人的問診經驗，就無法知道人的正常狀態或疾病的複雜度。同樣地，行星科學家透過檢視其他世界，就能更了解行星如何運作。研究天王星冰質衛星的地殼斷層、紅色火星上的沙丘或炙熱金星上的火山，都能幫助我們了解地球上形成相同地貌的作用力。

科學家和人類都對萬物感到好奇，我們將與你一同遨遊太陽系，不過最關切的還是我們的家，誠如詩人艾略特（T. S. Eliot）所言：「我們的探索永無止境，當一切探索結束，我們將回到起點，才是第一次認識這個地方。」

作者簡介
Tom Jones是一位行星科學家、飛行員、作家、演說家和退役的美國航太總署太空人，他曾協助建造國際太空站，在太空中待53天的時間。　
Ellen Stofan是一位行星地質學家，研究金星、地球、火星和泰坦，是美國航太總署的前首席科學家，她執行美國航太總署和歐洲太空總署的任務。
作為行星探索者，我們從地球上許多的地質特徵，讓我們更了解太陽系，然後，觀察其他地方的地質活動，反過來讓我們更加了解塑造地球的那些作用力。
當我們將「行星實驗室」拓展到其他恆星的世界，探索它們表面是否適合生命存在，這些探索都是從地球和我們太陽系裡的鄰居開始。
不管是用我們的眼睛和雙手，或送機器代替我們的感官去探索其他世界，最後的在其他世界的發現都會傳回地球，成為教科書的一部分。

第一章
地球：認識其他世界的關鍵 6
太陽系是行星實驗室
第二章
宇宙創造性的破壞 20
小行星和彗星撞擊地球
第三章
地球表面的運動 36
山脈、斷層和裂縫
第四章
來自地底的火焰：火山 46
火山的熔岩與冰
第五章
在地表上流動的液體 56
河川、熔岩和碳氫化合物
第六章
冰雕地貌 68
冰河、冰冠和氣候變遷
第七章
風的作用 78
雕塑大地的無形力量
第八章
我們是唯一的嗎？尋找地外生命 86
地球之外是否有生物存在？
第九章
新世界 100
尋找下一個地球和生命繁衍的地方
結語 110
影像來源 111

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