相对地球绕太阳的公转平面,地球自传轴有约23.4度的倾斜,人们以此确立南北回归线的纬度位置,太阳直射点在两条回归线之间摆动。
根据大撞击说,原始地球在约45亿年前被一颗火星大小的星球从侧面撞击,撞击带来的扭矩导致地球自转轴从接近垂直变为倾斜,撞击产生的碎片围绕地球逐渐聚积,最终形成被地球潮汐锁定的月球。
相比垂直地轴,倾斜地轴让地球接收的太阳热量呈现周期波动,避免了赤道的终年直射高温,也避免了南北极更大范围的永冻,还给中纬度地区以地球公转为周期的温暖/严寒循环,形成人们熟知的四季。
根据米兰科维奇循环,地轴倾角以约4.1万年的周期在22.1度到24.5度之间摆动,目前处于倾角逐渐减小的阶段。一万年前的倾角约24.1度,大致对应第四纪的最新间冰期(全新世)的开始时期。地轴倾角越大,太阳直射点的摆动范围越大,两极地区的温度越高,间冰期一词用来描述已持续258万年的第四纪冰期期间温度较高的时期。
岁差指地球自转以约2.6万年的周期做陀螺状圆周运动,导致以椭圆轨迹公转的地球处于近日点时距离太阳最近的位置在不断变化,当前岁差周期导致北半球冬季处于近日点,使得北半球冬季较温暖且南半球夏季较炎热。章动是月球导致的短周期的地球自转摆动,对岁差运动有不可忽视的修正。
全新世开始于约11700年前,当时地轴倾角处于高值,并且当时岁差周期导致北半球夏季处于近日点,两者共同导致北半球夏季温度较高,逐渐融化了之前冰期积累在欧亚大陆的巨大冰盖,导致多地大洪水,最终大幅抬升全球海平面,基本奠定当前所见的陆海格局。
假如地轴倾角并不处于高值,即使岁差周期让北半球夏季处于近日点,北半球接收到的太阳热量可能不足以融化大陆冰盖。假如岁差周期在地轴倾角处于高值时让北半球夏季处于远日点,北半球接收的太阳热量可能也不足以融化大陆冰盖。因此,全新世的产生依赖地轴倾角周期和岁差周期正好匹配使得北半球夏季接收到更多太阳热量的叠加效应。
因为地轴倾角的形成远早于地球生命的诞生,可以认为地球生命的自然选择游戏完全基于这个特定的地轴角度,同时也受到地月潮汐效应等其他背景条件的约束,以此演化出的任何生物或多或少都是这种特定环境的匹配优胜者。
笼统来说,植物和动物都演化为适应四季变换的生长和繁育模式。具体来说,即使四季始终存在,但是日照强度的周期变化带来的温度变化仍然在漫长的演化过程中造成多轮生物大灭绝。虽然有因为陨石撞击导致的灭绝,但地轴倾角变化是影响更久的因素。因此,当前地球生态的动植物可以视为高度适应近一万年来的全新世的地球气候的演化产物,人类文明也不例外。
虽然相关不代表因果,文明发展有多种影响因素,但人类社会公认在约一万年内成为农耕文明并且至今仍然重度依赖农作物维生,这与全新世的开始有时间上的契合。
一方面,人口增长需要更大规模的农作物种植,冰盖的消退不仅加快陆地生态的扩张,而且让更多陆地变得适宜居住与耕种,尤其促使中纬度地区成为全球「粮仓」。
另一方面,历法基于人们对耕种周期的认知需求而产生,稳定的四季变换提供了人们观测到某种循环的环境基础,传统节日也大多设定在气候循环的不同节点,以此提醒人们按时劳作。
某种程度上,当前的人类文明是一个间冰期(全新世)文明。这不是说人类文明无法跨越间冰期,而是说缺少相关数据,只能先判定为适应间冰期的文明。一万年前的人类社会并未处于农耕时期,难以与当前文明阶段相提并论,并且间冰期预计还会至少持续一万年,身处当下的人类难以预知如此遥远的未来,甚至已经在恐惧许多科学家警告的生态崩溃导致百年后的文明覆灭。
除了生存,人类的心理认知也受到环境周期的影响,比如对「循环」和「稳定」等概念的理解和执着,以及思维的「线性外推」和「永恒存在」倾向。百年寿命让人类个体难以认识到地轴变化或冰期变化这类万年尺度的周期,因为实证经验确实不支持,就像夏虫不可语冰,直到科学革命带来更有效的知识积累、观测工具和纠错机制。通过科学教育,人类可以在短短几十年掌握社会千年来积累与筛选出的有效知识,这些知识关于个体生存与改造自然,某种程度上摆脱了新生代只能独自积累实证经验的缓慢演化。
另外,虽然当前地轴倾角处于逐渐减小的阶段,预示着未来的地球将愈加寒冷,但工业革命以来,温室气体的排放导致全球气温升高,在强度和速度两方面都覆盖了米兰科维奇循环导致的微小且缓慢的日照变化导致的全球气温降低。许多人不再称当前为「全新世」,而是称为「人类世」,因为几百年的人类活动已经极大改变了地球的气候和生态状况,使得地球状况变得更加复杂,远不是分析地球本身各种周期叠加效应就能有效预测的。能源是文明发展的助力,也是人类主动把生存游戏变得更加困难的重要标志,体现为为了短期利益而损害长期收益。
刘慈欣在小说《三体》里描述了一个生存在三体星系的智慧文明,这个文明因为三个恒星难以预测的交互轨迹而演化出应对各种极端气候的生存模式,比如「脱水」和「思维共享」。与之相比,地球因为地轴倾角、岁差和地月交互等因素产生的气候变动属于相对稳定与微小的波动,尤其是全新世以来的规律四季、适宜耕种的温带地区和大致稳定的海岸线,因为从地质时间尺度考虑,冰期的严寒和动荡才是地球更常见的气候状态。
间冰期之于冰期是短暂的,人类寿命之于间冰期也是短暂的。把全新世的稳定环境视为天经地义和理所当然,对个体而言已经足够顺利度过一生,不论是因为对地球历史的无知还是了解地球历史后的选择。
但是,如果试图以此判定地球是自古以来始终宜居的星球,甚至推断星际探索可能遇到的生存状况,就是在以偏概全。
一方面,曾经发生过的多次物种大灭绝意味着地球环境有巨大变动,一段时间的稳定环境演化出的适应生物难以应对或快或慢到来的气候变化,就像群山之间的宜居谷地,当山川变动时,谷地将不复存在,但总是可能产生全新谷地并且演化全新生物。不仅是已灭绝的史前生物,人类与当前绝大多数生物,都是特定稳定时期的「临时」产物,能够跨越地质周期的生物确实有,但相比生物总数的比例并不高。
另一方面,人类梦想前往太空时,关注的重点通常在技术困难,比如如何把人类送出地球,如何在较短时间把人类送上另一个星球表面。但除了技术方面的挑战,人类在生理和认知方面也面临目前难以解决的挑战。
生理方面,人体基于地轴倾角等诸多因素产生的自然环境演化而成,生存在不同于地球环境会产生诸多不适应,除非始终生存在模拟地球的殖民基地。比如,绝大多数星球的地轴倾角不像火星那样接近地球的倾角,这导致四季甚至昼夜的缺失,虽然可以通过人造灯光模拟,但意味着殖民者始终有别于殖民星球。假如通过生物技术等高科技改造人体,使之适应殖民星球,会产生例如「改造人算不算人类」的伦理争议。
如果选择人体改造来适应殖民星球,因为星球之间各不相同,改造方案大概率是定制化的,不仅从地球出发的殖民者需要针对性的改造,而且从殖民星球前往新的殖民星球也需要继续改造。即使考虑机械外骨骼包裹人体来避免改造人体,机械外体仍然面临「一星一案」的定制需求。而且,只要人类基因没有编辑改造,殖民者的后代仍然需要改造,否则难以存活于异星。边际成本居高不下,这从经济角度阻碍了星际殖民的发展速率。
认知方面,当前宇航员可以定期返回地球,不仅保养生理机能,而且调节心理状态。如果前往殖民星球,乡愁只会累积而难以排解,可能导致心理疾病,甚至动摇与生俱来的「脚踏大地」的认知模式。参考大航海时代,星际殖民就像一场更加漫长也更加危险的远航,曾经到达美洲的冒险家仍然可以花费一个月时间返回欧洲,但到达异星的探险者几乎注定无法「落叶归根」。
在各种科幻小说里,人类已经想象了许多种与外星智慧接触并沟通的情境。这些想象大致可以分为两类:同源说与异源说。同源说认为进化压力是普遍的,所以如果其他星球演化出生物,会具有与地球生物类似的功能与思维,或多或少有相似之处。异源说认为生命演化有极大偶然性,各种微小影响会被积累放大,导致外星生命与地球生命有根本性的不同。古生物学家斯蒂芬·古尔德倾向于生命演化的偶然性,他曾提出,假如把地球的生命演化「重来一遍」,结果会「截然不同」。
如果实际情况更符合异源说,不仅意味着人类的星际殖民是根本上的「外来物种入侵」,而且意味着人类与外星智慧生物即使接触也大概率是「双向对牛弹琴」,比如莱姆在小说《索拉里斯星》描述的那样。从这个角度考虑,许多故事中描述的外星人只是「披着鳞片的人类」,这种基于类比的思维在宗教方面体现为幻想造物主是人类外形或能够说话。杨振宁在晚年的一次采访中提到,自己更加倾向相信造物主创造宇宙的观念,但这无关于各种人形描述,而是基于数学和物理规律的秩序性。
人类是同时持有大量相互矛盾的观念的智慧生物。一个讽刺的例子是,人类一方面对地球的了解还很浅显却一直肆意破坏,另一方面幻想着离开地球前往星辰,就好像踏上的其他星球不是像地球这样充满未知和生存挑战的环境,而是某种身心舒适甚至永恒温饱的天堂。
一种可能是,人类通过把注意力放在星辰大海来回避自身对地球环境的不可逆破坏,仿佛只要不关注地球,生态危机就不存在。就像摔坏物品后顾左右而言他的小孩,妄想掩盖自己的过错来逃避责任。这种巨婴心态的另一个体现是,许多国家选择把垃圾通过集装箱海运送到遥远国家,使得国内看起来文明且整洁,至于接收进口垃圾的那些国家就属于眼不见为净,仿佛所有国家并非全部身处地球以及气候污染不会通过大气循环散播到全球一样。
另一种可能是,人类通过思考星际殖民来激发自身对于地球可持续发展的方案设想,这是一种换位思考,假设地球就是人类正在殖民的异星,那么可以如何确保生态稳定与人类存续。以及,为宇航而发明的各种技术和工具可以用在其他领域,经过严格选拔的宇航员可以成为人类榜样供其他人学习。
关于地球生态保护,如果从地质尺度考虑,当前人类为生物多样性做的一切努力,都面临未来必然到来的下一轮生物大灭绝的威胁,并且曾经已经发生过多轮大灭绝,为什么要专门保护当前这些生物?生态保护看似是长期尺度下的无用功,但人类的生存尺度并非长期,即使只考虑两三万年的间冰期尺度,避免人为因素的生态崩溃不仅有利于人类自身的存续,而且可以在这个过程中争取到文明转型的窗口期。
如果人类选择维持当前的「原生」状态,那么确保地球有清洁空气、干净水源、稳定气候和肥沃土壤就是每一代人的生存必需,就像每天都需要吃法睡觉一样重要;如果人类选择改造自身适应宇宙殖民的多样环境,那么在这段可能很漫长的转型期,确保地球环境仍然满足「原生」人类生存所需也是必不可少的。
进一步考虑,不论关注地球生态,还是关注星际殖民,人类更在意的是这些事情本身,还是通过关注这些事情产生的特定情感与心理状态?比如,关注星辰大海带来的希望感和成就感,关注生态稳定带来的安全感和控制感,关注实际行动带来的理性满足和生存意义。难以否认的是,人类会用理性叙事包装感性需求,通过思维工具服务生存本能,有许多相关历史案例。
不过,真心实意也好,伪装遮掩也罢,延续生存是唯一不会被抛弃的核心动机,即使对不同人来说延续对象的尺度不同,从个体到宗族,从民族到世界。在生存层面达成共识之后,人类就有作为底线的认同,这是任何沟通与合作的基础。认识到地球和宇宙的复杂性,也认识到人类认知的局限性,保持谦卑的持续探究,这可能是抽中「气候彩票」的我们在有限的一生做出的力所能及的贡献。
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