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· 正 · 文 · 来 · 啦 · 同学们好！ 我们接着讨论宇宙中的行星地球的第三个问题：为什么地球是宜居的。那么，地球的起源及其环境条件是理解这个问题的重要前提。 现代科学认定的地球的历史有46亿年，而地球上已知最老岩石的年龄只有约38亿年，这样就有8亿年历史没有留下岩石记录。不过，最近有关地球最古老岩石的年龄提高到43.74亿年，还缺那么几亿年。当然，有关地球的起源，以及地壳、大气与大洋的早期演化历史，无论如何也是找不到什么证据的，即使有，也是非常零散的，甚至根本无法当做直接证据。所以，有关地球起源这样的研究呀，大多只能根据间接证据去推断。在我们在以后的课程中，大家会逐渐认识到，许多情况下，间接推断几乎天体物理学和地球科学研究中不得已而采取的重要研究方法。 关于地球起源的理论或假说在历史上有许多，依据形成地球的物质来源大致分为三派：A、分出说：认为是另外一颗恒星碰到太阳，碰出了一些物质，这些物质形成了太阳系的行星，包括地球。B、俘获说：这一学派的共同看法认为，太阳是先形成的，然后俘获了周围或宇宙空间里的其它星际物质，由这些物质形成了行星。C、共同形成说：其实各类形形色色的星云说都是属于这一学派。尽管这一学派各学者对太阳系内的星球形成和自转及公转有各自的见解，但他们都共同认为太阳系是由一个原始星云逐渐演化而形成的。 那么，紧接着我们要解决的问题是，地球究竟有多老？要回答这个关于地球年龄的问题，就需要先分清我们究竟是在指哪个？是地球的天文年龄还是地质年龄。地球的天文年龄，是指地球开始形成的时间，这个时间同地球起源的假说密切相关。通常我们所说的地球年龄就是指它的天文年龄。另一个是地球的地质年龄，是指地球上地质作用开始之后到现在的时间。从原始地球形成经过冷却，演化到具有分层结构的地球，估计要经过几亿年的时间，所以地球的地质年龄是小于其天文年龄的。之前的课中我们有提到天文单位，现在我们正讨论的地质年代，也是一个很大的单位，要计量地球所经历的时间，也就是地质年代，就必须找到一种速率恒定而量程极大的尺度。 很早以前，人们曾试图用地球上发生的一般物理化学过程来估算地球的年龄，如根据地球表面沉积岩的积累厚度，海水含盐度随时间的增加，地球内部的冷却率等等。但是这些过程的变化速率在地球历史上是不恒定的，时快时慢，最终得出来的数据从几千万年到几十亿年甚至是上百亿年，彼此间相差很大，不能相对精确地定位地球的真实年龄。直到1896年放射性元素被发现以后，人们才找到了一种以恒定速率变化的物理过程来测定岩石和地球的年龄。就测试水平来说，可以认为放射性元素的衰变速率在任何物理化学条件下都是恒定的。 用放射性同位素测定地质年代的原理并不复杂，我们简单讲解一下：假设岩石形成时，含有一定量的具放射性的母体同位素，随时间的流逝，该母体同位素蜕变，其含量逐渐减少，蜕变后形成的子体同位素则逐渐增多，只要测定母体同位素与子体同位素之比，那么就可以根据该比值推算岩石形成以来的时间尺度。 自然界放射性同位素种类很多，能够用来测定地质年代的必须具备以下几个条件： 1、具有较长的半衰期，那些在几年或几十年内就蜕变殆尽的同位素就无法胜任这个工作了； 2、该同位素在岩石中有足够的含量，可以分离出来并加以测定： 3、其子体同位素能在岩石中保存下来，易于富集而进行测定。 这是用于测定岩石地质年代的常用放射性同位素的列表，我们同时还可以比较一下，相同元素的不同放射性同位素，差异还是非常大的。我们还可以根据不同放射性同位素的组合来确定和相互验证更精确的年代范围。 正如我们前面所说，测定地球年龄的问题在于，你需要有极其古老的岩石，里面有含铅和铀的晶体，其古老程度几乎与这颗行星一样。由于地球的板块构造和板块活动，真正古老的岩石在地球上是很难找到的。地球化学家克莱尔·彼得森当年就非常相信太阳系的共同形成说，即太阳系是由一个原始星云逐渐演化而形成的。如果这个假说是正确的，那么是否可以通过测量来自太阳系陨石中的同位素来确定地球的年龄呢？现在来看呀，这是一个很有远见的假设。1953年，他根据陨石材料，测定了这个数据约为45.5亿年。这是测定地球年龄的最佳方法，也是计算地球历史的标准时钟。1960年代末，科学家测定取自月球表面的岩石标本，发现月球的年龄在44至46亿年之间。从陨石中测定年代，以及从月球样品中测定的年代，其实也反过来论证了太阳系共同形成说的正确性。但是，从确定地球年龄来看，这依然是依靠间接证据进行测定的很好案例。
了解了地球的起源之后，我们来学习为什么地球是宜居的？ 地球与太阳的距离适中，能接收合适的太阳光和热。地球表面的平均温度为15℃，在这样的温度下水可保持液态，形成了生命赖于存在的水圈。相比而言，水星和金星就离太阳太近了，接受太阳辐射能量分别是地球的6.7倍和1.9倍。金星表面存在温室效应，温度高达420－485℃，水星没有大气层，缺乏大气圈调节，向日面可高达350，而背日面则只有-170℃，在这样的条件下，液态水圈是不可能存在的。木星、土星距太阳太远，所获太阳辐射的能量仅为地球的4%和1%，表面温度是-150℃和-180℃；更远的三颗行星的表面温度则都在-200℃以下，环境条件就更加严酷了。
地球的体积和质量在太阳系的类地行星中是最大的，其逃逸速度为11.2km/s。在地球表面如果不借助航天火箭达到上述第二宇宙速度，任何物质都逃不脱地球引力的影响，所以包围在地球最外层的大气圈才能得以保存。而这里所形成的大气圈，就带来了另外一个效应，就是避免其他流星的撞击，因为这些星体在到达地面之前，已经在大气圈中因为摩擦生热而燃烧殆尽了。相比而言，水星的体积太小，不可能保持真正的大气圈；金星的体积质量与地球接近，也有一个浓密的大气圈，但其他基本参数不利于生物圈的形成；火星的体积为地球的15%，能保持一个稀薄的大气圈。
一般来说，类木行星是比较容易形成磁场的。在类地行星中，水星只有极微弱的磁场，金星和火星基本上未形成磁场，很可能是由于星体内部不存在液态金属核或其内部旋转作用太慢的原因。而地球具有坚硬的岩石圈外壳和重元素的液态内核，转速也不低，所以形成了足够的磁场。地球磁场借助太阳风作用所形成的磁层，可以阻挡来自太阳和其他宇宙天体的高能粒子，对于保护生物免受损害具有重要意义。而水星、金星和火星，星体表面处于紫外辐射和高能粒子的直接撞击之下，使生命的存在和发展受到威胁。
从这个数据比较来看，地球大气中氧含量达21%，这是地球高级动植物呼吸作用的物质基础。另外，高空氧在太阳紫外线作用下形成的臭氧层，在吸收太阳紫外辐射以保护地球表面生物界不受侵害方面，也是地球得天独厚的有利条件。
木星强大的引力会把原本可能撞击地球的彗星和小行星吸引过去或者撕碎，木星的存在是地球上能繁衍出生命的重要保障之一。根据计算，如果没有木星，地球受撞击的机率是现在的1000倍以上。
地球的自转周期与公转周期适当，接收适量的太阳光热。整个地球表面平均温度约为15℃，水在大范围内保持液态，形成水圈。特别是地球的自转，产生了昼夜更替、有利于地表热量平衡；所产生的地转偏向力，对大气和洋流的运动有影响。
现在我们将所有的类地行星放在这里做一个比较，大家可以暂定视频好好体会一下。
在太阳系行星中，从质量、体积、运动等来看，地球是普通，但地球上存在智慧生命又使地球成为太阳系中特殊的一员。地球上生命存在的原因，不仅要从地球自身条件和行星际空间条件分析，还要从恒星际空间条件分析。地球与太阳的距离适中、地球的体积和质量适中，地球上具备了生命存在的温度、大气和安全的宇宙环境等条件，其中无论是哪一项参数，只要稍有改变，对生物界和人类的生存都会引起严重的甚至毁灭性的后果。
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