远古金星的宜居性考辨
当代金星干旱而炎热，更且具有强腐蚀性的大气，自然是不适宜生命存在的。从所处位置来看，金星轨道充其量也只能说是勉强与太阳宜居带的内边缘沾边。但太阳系形成之初各星球的宜居情况一直都是个值得讨论的话题，年轻的太阳光照会比现在略暗，因此宜居带可能相对今天有所内移；数十亿年前金星可能拥有海洋的观点也非新论。最近arXiv.org上出现了两篇有关远古金星宜居性的论文，就此写上几笔。
当今太阳系宜居带（以黄色表示）分布示意。有个别理论可以将宜居带内边缘拓展到金星轨道处。（图片提供：Cornell University）
金星的大小和元素组成都与地球类似，而现今二者最大的差别就是大气和水。由于富二氧化碳大气带来的强烈温室效应，金星地表温度超过了摄氏450度，水分在这里只能以水蒸汽的形式存在。而且哪怕将这些水蒸汽全部凝集起来，也只够在金星表面形成一层厚度3厘米的薄层，根本无法与地球上平均深度数千米的海洋相比。考虑金星和地球形成于同一星云，其上水分的氘氢比却相差数十乃至上百倍，合理的假定就是，这两个星球形成时拥有类似的化学成分，但因为走过了截然不同的演化路径，导致金星损失了过多的水分，最终变成了如今的不毛之地。
早在2007年，就有研究表明，远古金星的水体可能足以形成最深可达500千米且覆盖全球的海洋。当然，这些水分很可能是日后经由某种渠道（如彗星撞击）带到行星上来的，因为现行理论认为，类地行星形成后，大部分水分都会在1亿年之内很快逃逸掉。水分逃逸的过程来自阳光中紫外线的轰击。金星距离太阳较地球更近，因此受到的紫外照射也更强。紫外线让水分子瓦解成了两个氢原子和一个氧原子，随后这些原子逃逸到太空之中。前些年，这样的逃逸过程已经被金星快车探测器实地测量到：因为逃离原子中氢的丰度二倍于氧，它们最合理的来源就是水原子的光致裂解。
决定裂解过程发生强度和持续时间的因素很多，如金星的自转、地形等。到了什么程度来自NASA戈达德空间科学研究所的M. J. Way等人最近对此问题进行了研究。他们的基本分析手段是通用大气环流模型，这是气象学家预言地球气候长期变化的有力手段。这项工作较前人最大的改进之处是，他们考虑了金星本身的地形，而非照搬地球作为模板。
使用麦哲伦号探测器的测绘数据绘制的金星表面地形图。（图片提供：NASA/JPL/USGS）
金星地壳不分板块，因此也就不具备地球上那些由板块活动塑造的深邃裂谷或高耸的高原。总的来说，如今的金星地表起伏较为平缓，而且表现出了大量线索，说明星球表面被火山活动严重变更过。虽说变更之前金星地表的原始形态现在已经无从考证，不过Way等人还是以麦哲伦号探测器测绘到的金星地形数据为基础，将低地区域设为远古的海洋所在，而海平面设在了如今金星的平均半径处。这样的金星表面平均水深是310米，海面覆盖了全球的60%，内里的水量比如今的地球少一个数量级，落在了先前研究给出的允许区间内。远古金星模型最值得一提的地方恐怕就是赤道地区海洋的分布了：从地形图可见，金星上最高的地貌都落在了赤道附近，所以这一带的陆地所占的比例较其他地方更高，与地球形成了鲜明对比。
模拟金星的陆地覆盖比例相对纬度的变化，以及与地球的比较。地球表面当前水陆比例大约是7：3。（图片来源：Way et al. 2016）
而金星的自转周期演化史也很让人困惑。当前的金星环绕太阳的轨道运动周期是225天，而其自转一周需要243天，还是在与轨道运动相反的方向上。这样一来，一个金星日就等于116地球日。这些数字很可能是日后演化的产物，而非一直如此。早年的研究一般认为，慢速自转是金星浓厚大气导致的潮汐效应所致，但更晚近的工作又指出地球这样的一般性大气足矣，而且对于金星这样距离太阳较近的内行星来说，星体上潮汐鼓包和太阳的相互作用本身就会带来潮汐锁定现象，让行星自转减慢。为了简单起见，Way等人设置的金星初始转速只是与当前相当，而并未考虑自转周期可能的演变过程。
假定这样的金星有着与当代地球非常类似的大气，而远古太阳的光度比现在更暗，Way等人进行了4组模拟，分别计算不同地形、自转速率以及太阳光度条件下的气候演化。由此计算出的结果有些让人惊讶：影响地表温度的最主要因素并非阳光强度，而是金星自转周期；而且有些违背直觉的是，快速自转反而对保持温度宜居不太有利。
不同初始条件下模拟金星的地表平均温度分布。左上：金星地形，77%太阳光度，当代金星自转周期；右上：金星地形，94%太阳光度，当代金星自转周期；左下：地球地形，77%太阳光度，当代金星自转周期；右下：金星地球，77%太阳光度，自转周期16地球日。（图片来源：Way et al. 2016）
由上图可见，左上与右上两次模拟的唯一差异就是阳光强度，但由此产生的全球平均温度变化只有4摄氏度左右。考虑左上图中平均温度大约是11摄氏度，最高温度也只有36摄氏度，这算不上质的改变。地球地形的模拟产生的结果还算宜居，但已经比左上使用金星地形的模拟平均温度高了12摄氏度。最可怕的当属较快较快的右下图，由此造成的地表温度增加高达45摄氏度！
个中原因何在？在慢速自转的模型中，昼半球首先受到了长时间的阳光照射，水分从海洋中升起，形成富水云团。之后原本是局域性的对流云逐渐合并形成大尺度云，带着水蒸汽在浮力作用下飘向对流层高空，在那里水汽凝结并分散开来，形成反射阳光的卷云。又由于金星自转缓慢，云层可以保持数月，让相当一部分阳光无法射到地面上来。
不同初始自转周期下模拟金星的云遮量分布（上，高空卷云以亮色表示）与大气环流情况（下），其中左二图表示与当代金星相同的自转，右二图表示16地球日的自转。（图片来源：Way et al. 2016）
而若是采用了地球地形作为初始条件，由于地球模型的水域（特别是赤道地区的水域）所占的比例大于金星，就会出现更多的热带水体蒸腾。这些无法凝结的水蒸汽在大气中长期积累，带来的温室效应相当可观。而在快速自转情况下，夜半球冷却过程过短，由此让昼夜半球对流大大减弱，也促进了平均温度的提升。
所以结论就是，以金星自身的地形和自转条件，在远古时期其上是可能存在宜居环境的，而且在赤道区域的降水量可以达到与地球相当的每天8毫米。哪怕在夜半球，相当一部分区域的水体也会保持为液态。金星的阿弗罗狄特台地（Aphrodite Terra）与贝塔区（Beta Regio）等高地可能至今还保留着远古水体侵蚀的迹象有待发现。
金星远古海洋的艺术图。（图片提供：J. Whatmore）
至于第二篇论文，看上去就多少有些扯淡了。其大意是说，既然金星远古环境可能是宜居的，那么生命就有可能发源其上。所以作者提出了一种可能性，也就是远古金星上的生命经由陨星带到了地球上，引发了寒武纪和奥陶际生命大爆发。虽然从时间上看，此说还算与地球上的陨击事件对得上号，但其中的疑点更多，只此一提，个人以为不必太当真。而金星是如何从远古的潮湿环境转变为如今的酷热世界的，那就是涉及水分损失过程以及温室效应主导的又一个话题了。
