第十六章
地球的生成和衰亡
恒星和人一樣，不會永遠存在。但人的一生以幾十年計算，而恒星的壽命卻是以幾十億年來計算的。
恒星由氣體和塵埃組成的星際雲生成。在一段時間內，恒星內心的熱核反應區中氫持續穩定地轉化為氦。然後，恒星進入暮年，它將發生一係列或大或小的災變，組成星體的物質或是緩慢地流人太空，或是爆炸性地噴人太空。在恒星一生中比較穩定的時期裏，熾熱的內心區在把氫轉化為氦的同時，逐漸從正中心向外延伸，隨著時間的推移，這個恒星就慢慢地、幾乎不被人覺察地變得愈來愈亮。
我們的太陽在經過了少年期的耀斑和其他一些急劇變化以後平靜了下來，光輻射量多少有些恒定了。但40億年前，太陽的亮度要比現在小30％左右。如果我們假設40億年前地球上陸地和水域的分布、雲層以及極冰都和現在一樣，因而地球吸收太陽光的相對量也和目前相同；如果我們還假設地球當時的大氣層也和現在一樣，我們就能算出地球當時的溫度。計算結果是，當時整個地球的溫度大大低於海水的冰點。事實上，即使是在20億年前，在上述假設的條件下，太陽的亮度也不足以使地球的溫度達到冰點以上。
但是我們擁有的大量各種證據表明，情況並非如此。這些證據包括：在古老的泥漿沉積物中的波紋，這是液態水引起的；枕狀熔岩，這是海底火山造成的；大量的成層沉積，它們隻能產生於海洋邊緣；還有一種叫做海藻迭層石的生物產物，它們隻可能生長於水中。
那麼問題出在哪裏呢?如果不是我們關於太陽演化的理論不對頭，那一定是關於早期地球和今天地球的條件一樣這個假設不對。看上去太陽演化的理論有根有據，雖然還存在一些疑問，但這並不影響到太陽早期的發光度問題。
這一明顯的矛盾最可能的解答是早期的地球在某些方麵與現在不一樣。在研究了各種各樣的可能性之後，可以推斷，不同之處在於20億年前地球的大氣中含有少量的氨。今天，在木星上有氨。氨被認為是在原始條件下氮的一種存在形式，能極其強烈地吸收地球輻射到太空中去的紅外線波長上的熱量。在原始地球上氨可能起著保持熱量的作用，通過溫室效應提高了地麵溫度，結果整個地球的溫度保持在適宜的程度上——適宜於生命的產生和早期演化，並使地球在早期曆史中就存在有大量的液態水。氨還是造成生命基元所需的大氣成分之一。對太陽演化的研究使我們得到了有關地球早期曆史、化學成分和溫度的資料，從而弄清了地球適於居住的條件。星體演化和生物的演化是相互關聯的。
太陽將來會怎樣演變呢?太陽正在逐漸地愈變愈亮。從現在起再過40億年左右，太陽的亮度將會使地球上的溫室效應失去控製而大大增強。就像今天金星的情況一樣。我們的海洋將會沸騰，目前以碳酸鹽形式存在於沉積岩中的二氧化碳將會湧人大氣，地球將會變成一個不適於居住的地方。
可以相信，到那個遙遠的將來，發達的技術將能防止這樣一種失去控製的情況發生，但那將是一項極為困難的工程。然而，值得注意的是，雖然現在火星是一個平均溫度為華氏零下100度的星球，可是，幾十億年以後，在大大增強了亮度的太陽的作用下，火星將變成一個溫度幾乎與今天的地球相同的星球。
當地球變得無法居住時，火星上的氣候將是溫和宜人。到了那個時候，如果我們遙遠將來的後代子孫還活著的話，將可望能利用這一自然的巧合。
使其他行星地球化
生命活動對地球環境的影響既難以捉摸，又意義深遠。我們的大氣由20％的氧和80％的氮組成。氧氣幾乎完全是由綠色植物的光合作用所產生。同樣，最新資料提出，氮氣幾乎完全是土壤微生物生物活動的產物，土壤微生物把硝酸鹽和氨轉化為氮氣(分子氮)。不僅地球大氣的主要成分受到生物活動的嚴格控製，而且那些含量較少的成分也都如此。在很大程度上，二氧化碳也受到“光合一呼吸”反饋循環的緩衝。即使是地球上大氣中像甲烷(CH4)這樣含量極少的成分，也是由生物活動產生的。
其實，地球上的生命雖然從火星的有利位置上用照相機拍攝不出，但可以利用一個小型望遠鏡及紅外線分光儀探測到。火星人(如果有的話)通過紅外線333微米波長很容易地觀測到一種強烈的吸收特征，這種特征可利用直接分析法確定為是由地球大氣中含量為百萬分之一的甲烷所產生的。不難推斷，甲烷很可能源自生物。甲烷在過量的氧氣中化學上是不穩定的，它很容易氧化而成為二氧化碳。
CH4+2O2=CO2+2H2O
與地球大氣中過量的氧達到平衡的甲烷量，還不到實際觀測量的1／1027。這是怎麼回事呢?產生甲烷的速度必然很快，因此氧氣來不及把富餘的甲烷減少到平衡量。這也許是由於地球上古老的油田大規模地放出甲烷所致。但由於按這個估計需要的放出量極大，因此這是一個不大可能成立的假設。極其可能，甲烷是由生物過程產生的。
事實上確實如此。在生態學文獻中對這種甲烷來自甲皖細菌的兩種可能存在著爭議。一種來源是這種甲烷細菌生活在沼澤和水窪中，“沼氣”這一名稱就是這樣來的。另一種觀點認為甲烷細菌另外的主要聚集處是在有蹄動物的瘤胃中。至少有一派生態學觀點認為，後一種來源所產生的甲烷比前一種多。這意味著，牛類的腸胃充氣——母牛、馴鹿、象和麋相似的腸內活動可以隔著行星之間的距離被探測到，而人類的大量活動卻看不見。我們通常並不把牲畜的腸胃充氣看作地球生命的主要體現，但事實上卻確實如此。
人類沒有做有意識的努力，地球上的生命卻不自覺地在很大程度上使環境再生。由於大氣壓力和大氣成分對氣候的影響，產生了一種反饋循環，使氣候本身在某種程度上可能為地球上生命形式所進行的氣體交換反應所控製。在某種意義上，地球上的生命在一定程度上使地球成為現在這個樣子。
有沒有可能在將來的某個時候，我們能用類似的方法去使其他行星地球化，從而把今天不適宜於人居住的火星或金星轉變成一個氣候溫和、適宜居住的環境呢?這樣一種變化，如果歸根到底是可行的話，隻有極為仔細負責地檢驗了它的後果之後才可進行。首先，我們在改變一個行星之前，要徹底弄清它的現有環境。我們必須嚴格確保該行星上原有的生物體不會因地球化而受到破壞。如果一個行星(如火星)擁有一定數量的土生土長的生物體，而這種生物體有可能會由於地球化而滅絕，那麼就絕對不應該這樣做。但如果該行星上沒有生命，或者原有的生物體在接近於地球的條件下會生活得更好，那麼在將來的某個時候考慮改變行星環境也許是非常合理的了。