1．3 行星地球基本参数

    本章1开始指出的地球既渺小又不平凡的特点，可以通过九大行星之间一系列参数的相互比较来进一步说明（表1-1）。

    （1）日地距离及旋转周期

    日地平均距离是地球半径的两万多倍，日地之间光速传递需要约8分钟，这个庞大的距离定义为1个天文单位（AU）。AU是太阳系内表示天体距离的常用单位。从太阳系行星接受太阳辐射能量角度看，1AU是最佳的距离。加上地球公转和自转的周期适当，存在四季变化和昼夜交替，使地球表面均匀地适量吸收太阳辐射能量，地表平均温度在15℃左右，有利于液态水圈存在和生命万物生存、发展。

    水星和金星离太阳更近，接受太阳辐射能量分别是地球的6.7倍和1.9倍。加上水星自转周期长达58.6日，金星自转周期甚至超过公转周期，达到243日，意味着星体不能均匀地吸收太阳热量。其结果是金星表面由于存在温室效应，温度高达420～485℃，水星表面因无大气圈调节，向日面与背日面之间存在350～-170℃的巨大温差，显然液态水无法存在。除极端环境下可能生存的生命物质外，生物界很难获得进一步发展。

    巨行星和远日行星离太阳较远，木星和土星获得的太阳热量仅分别是地球的4％和1％，表面温度在-140℃和-180℃。远日行星获得的太阳热量更加微弱，表面温度都低于-200℃。在这种情况下无论星体公转和自转周期的快慢，都无法存在液态水和生命。

    （2）体积和质量

    类地行星和冥王星的体积和质量都比较小，相应的逃逸速度（即其表面物质脱离本星体引力必须达到的速度）也明显小于类木行星。但地球的体积和质量在类地行星中属于最大，其逃逸速度需要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，包围在地球最外层的大气圈才得以保存。

    水星和冥王星的体积太小，分别只有地球的5.6％和0.9％，前者的逃逸速度为4.3km/s，后者尚无确切数据，因此都不可能保持真正的大气圈，只存在一些极为稀薄的气体，密度只有十亿分之一克每立方厘米（水星）或亿分之一克每立方厘米（冥王星）。

    金星的体积质量与地球接近，逃逸速度为10.3 km/s，也比地球略小，所以能保持浓密的大气圈。大气成分中二氧化碳大于97％，水蒸汽只有0.1％，还有极少量氧、碳、氮、氦、氢和氩，大气密度高出地球大气100倍。

    火星的体积为地球的15％，质量接近10％，它的逃逸速度约5.1km/s，仍能保持一个很稀薄的大气圈，气压仅为地球大气的0.74％。大气成分中二氧化碳占95％，氮3％，氢1％～2％及微量水蒸汽、氧和臭氧。

    类木行星体积和质量较大，逃逸速度高出地球的2～5倍，都能保持大气圈。大气成分以氢、氦为主，也有甲烷、氨、水等，只不过由于星体表面温度太低，氨和水大部分都冷凝为冰态。

    应当指出，九大行星的大气圈成分中，唯独地球大气中氧含量高达21％，为高级动、植物的呼吸作用提供了良好基础。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。

    （3）密度和内部物性分异

    类地行星的密度明显大于类木行星，较小体积星体具有较大密度，反映了类地行星物质组成中以重元素为主，具有坚硬的岩石圈外壳和金属或金属硫化物核部。地球的密度达到5.52 g/cm3，在九大行星中名列第一，更证明金属核占有重要的地位，也可能存在某种超密物质。

    地球坚硬的岩石圈能贮存液态水圈，并在物理、化学和生物作用下形成土壤圈，为高等动、植物生长发育提供理想条件。类木行星密度很低，星体表面都呈气态和液态，高等生物无法生存。

    地球内部存在核、幔、壳不同层圈分异，不同层圈之间经常发生物质-能量交换。例如，液态导电的金属核较快旋转导致形成永久性偶极磁场，或触发大型热地幔柱（见第三章4.3节）。地幔部分熔融和地幔对流的出现，能引发岩石圈板块构造运动（见第五章1.4节）。现在已经证明，地球是太阳系九大行星中唯一存在板块构造作用的星体。

    地球磁场在太阳风作用下形成的磁层，可以阻挡和捕获来自太阳和其他宇宙天体的高能粒子，对保护生物界免受损害同样具有重要意义。

    目前探明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。在这种情况下，这些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。类木行星的磁场强度虽然是地球的1000～4000倍，但其他基本参数不利于生物圈的形成。

    综上所述，通过比较九大行星各项基本参数及其与地球内外不同圈层特征的相互关系，地球确实是得天独厚的幸运儿，恰好具备了有利于生命演化和人类发展所必须的多种自然条件。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。