稀有地球理論(The Rare Earth Theory)
2015年07月23日美國太空總署(NASA)宣稱，他們使用2009年3月開始運作的開普勒太空望遠鏡(NASA's Kepler space telescope)，發現一顆與地球相似度達0.98的系外行星(Exoplanet)─開普勒452b(Kepler452b)。
圖01. Kepler-452b 是一顆系外行星，繞行著G2V-type的恆星Kepler-452。(Kepler-452b is an exoplanet orbiting
the G2V-type star Kepler-452.)
註：系外行星(exoplanet)是指太陽系以外的行星。
在繼續討論NASA最近宣稱的主題之前，請網友先複習一下「太陽系的形成」以及「太陽系於銀河星系的位置」這兩個重點。因為一方面與《稀有地球理論》有關；另一方面這些概念，應為NASA科學家評定所謂行星相似度的重要條件。
一、 太陽系(Solar System)是45億年前，由一片巨大的分子雲塌縮形成的。
1. 依據古老隕石上的元素顯示，這些元素只有超新星(supernova)爆炸的核心部分才可能產生，所以形成太陽系的星雲必然是在超新星殘骸的核心附近。
2. 可能是由於超新星爆炸的震波，使鄰近太陽附近的星雲受到擠壓，而密度增高，最終往內的重力大過內部氣體往外的膨脹壓力而引發塌縮，產生氫的核溶合反應，也就是一般所謂的開始燃燒氫氣，發光發熱，最終造成了太陽的誕生。
3. 太陽是一顆直徑139萬1千6百84公里的超級大火球。
二、 目前的太陽表面溫度約6500℃，太陽可再繼續燃燒50億年左右，直到離開主序星的階段(Main Sequence)，太陽的直徑和溫度才會改變。
圖02. 太陽(Sun)是屬於G2型的主序星(Main
sequence)。
1. 太陽已燃燒了45億年，估計可以再燃燒50億年，只是為了能夠持續利用剩餘的氫燃料，太陽會變得溫度越來越高，燃燒的速度也越來越快。
2. 這將導致太陽不斷變亮，變亮的速度大約為每11億年增亮10％。
三、 太陽是銀河星系內兩千億顆恆星中的一員。
1.
太陽是位於銀河星系的獵戶座分支旋臂(Orion Arm)內側附近，距離銀河中心約 2.6 萬光年，太陽附近銀盤厚度約為 3,000 光年。
(註：銀河星系是一個直徑10萬光年的螺旋星系。)
圖03. 銀河星系的直徑為10萬光年，此圖標示了太陽於銀河星系旋臂的大概位置。
圖04. 太陽系是位於銀河星系的獵戶座分支旋臂(Orion arm)內側附近，距離銀河中心約 2.6 萬光年。左圖為從上方觀看銀河星系為典型的螺旋星系；右圖為從側面觀看銀河星系，兩子圖均標示了太陽的位置。
圖05. 太陽距銀河星系中心約26,000光年，銀河星系由
(1)中央凸起(central
bulge)
(2)銀盤(disk)
(3)銀暈(halo)
(4)corona四部份所組成。
銀暈中分散著球狀星團(Globular
clusters)。太陽的位置位於銀盤(disk)的外層。
圖06. 銀河星系的主要旋臂。太陽位於獵戶座旋臂內側，也就是此圖稍微偏左下方紅圈的位置。
四、 現已知的星系(Galaxies)中心，幾乎都存在著一個巨大「黑洞」。
像我們生存的銀河星系中心，就有一個四百萬倍太陽質量的黑洞。會持續發出波長非常短，能量非常強的X光射線。
具備了以上的概念，我們可繼續討論何謂《稀有地球理論》。
圖07.《稀有地球理論》《The rare earth theory》
簡言之：「就是不管整個宇宙中有多少的行星(planets)，但是像地球般，諸多條件均恰巧適合，能蘊育生命誕生的行星，其實是非常稀有的。」
主要的原因如下：
1. 地球存在的太陽系位置與銀河星系中央的黑洞之間，存在著大量星際塵埃及氣體。這些塵埃及氣體，完全阻斷了由黑洞產生的，能量足以致人於死的X─ray射線。
1. 自從南極上空的臭氧層(ozone layer)，因氟氯化碳(CFCs)擴散到大氣層
的關係而開始破洞之後，南半球靠近南極的居民，罹患皮膚癌的人數即逐年增加！
2. 這只是因為大氣層中沒有了臭氧層，無法阻隔陽光中過量紫外線(UV)，
紫外線會使DNA中的胸腺嘧啶(Thymine)間形成雙體(T-T dimer)，結果使得DNA無法複製，而導致皮膚癌的發生。
3. 試想，如果地球與銀河星系中心的黑洞之間，沒有大量的星際塵埃及氣體阻隔的話，那麼波長較紫外線更短；能量較紫外線更強的X─ray射線，就會直接照射到地面，生物體細胞內的DNA一定會受到更大程度的損傷，DNA將更無法複製(replication)，無法繁衍子代，地球蘊育生命誕生這件事，將永不可能發生！
4. 而地球剛好躲過這一劫，這是地球稀有的第一個原因。
2. 地球大約45億年前形成，誕生約一億年左右，就與一顆火星般大小的孿生星球希亞(Theia)相撞。這驚天一撞，撞出幾方面的影響：
圖08. 地球大約45億年前形成，誕生約一億年左右，就與一顆火星般大小的孿生星球希亞(Theia)相撞。
(1) 撞擊之後，撞大了地球的體積及質量，使地球的引力增加，而能維持住足夠的大氣層(atmosphere)，避免大氣層的氣體溢散到太空中。
(火星就是因為體積太小、質量太輕→引力不足，導致火星的大氣含量只有地球的180分之1。)
(2) 地球的質量變大，地球的磁場(magnetic
field)也因而變強，不僅將太
陽風隔離向南北兩極，形成奇麗、美幻絕倫的極光，更重要的是避
免太陽風對地球上生物的傷害。
(3) 足夠的大氣層，除了能提供細胞呼吸所需的氧氣以外，同時也阻擋了隕
石、宇宙射線等的侵襲，生命才有可能得以在地球上演化形成。
(4) 撞擊之後，地球的軸心產生了23.5度的傾斜，因此造成春夏秋冬四季的
變化。(水星因為自轉軸垂直，所以沒有四季變化。)
(5) 形成了月球，月球與維持地球公轉時傾斜角度的穩定至關重要。
(火星的兩顆小衛星─火衛一(Phobos)、火衛二(Deimos)因為體積太小、
質量太輕，所以無穩定火星公轉時傾斜角度穩定之功能，導致火星公轉
時角度很不穩定。)
(6) 月球也與地球的潮汐形成相關。
這是多麼幸運、難得的驚天一撞！
3. 地球剛好位於太陽星系的「適居帶」(Habitable Zone)：
適居帶是指大氣壓力、溫度、大氣氣體成分等條件，適合液態水在其表面形成的行星。
也可說是適合生命發生的行星。
圖09. 太陽星系的「適居帶」(Habitable Zone)，藍色區塊。
太陽系僅地球(earth)位於適居帶。
4. 最後，大約35億年前藍綠藻(Cyanobacteria)演化出現，開始進行有氧光合作用。氧氣在海洋中形成累積，先與海洋中大量的鐵離子(Fe＋＋)結合將其氧化形成氧化鐵，在各地海床堆積成氧化鐵層。因此形成的條紋狀鐵礦床，供給現代工業社會鐵礦資源中的將近70%的比例。這花了大約十億年的時間。等海中的鐵離子全部氧化後，海水O2濃度持續昇高，氧氣就逸出海面到大氣中，等到大氣層O2超過一定濃度後→形成了臭氧層(ozone layer)，臭氧層能吸收陽光中損害生物DNA的紫外線，這提供了良好的保護罩，讓海洋生物慢慢能發展到陸地生活。
各位網友請您想想，一個行星要能形成生命，以上的四個條件缺一不可，而地球─我們在太空中唯一的家，剛好全部的條件都符合了！這樣的機率是否是相當的稀有呢！
NASA於2015年7月23日宣稱，他們使用2009年3月開始運作的開普勒太空望遠鏡，發現一顆與地球相似度達0.98的系外行星(Exoplanet)─開普勒452b(Kepler452b)。這顆至今為止與地球最相似的行星，不知是否也同樣的稀有？
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NASA對於開普勒452b(Kepler452b)公布了以下的資料：
1.
新發現的行星Kepler-452b，是地球直徑的1.6倍，位於距離地球1400光年的天鵝座（Cygnus）。
2.
Kepler-452b公轉週期(也就是一年)385天， Kepler-452b到恆星Kepler-452的距離，只比地球到太陽的距離遠5％。(The planet is
5 percent farther from its parent star Kepler-452 than Earth is from the Sun.)
3.
Kepler-452b已存在60億年，比太陽還要老15億年。
4. Kepler-452b也位於適居帶(Habitable
zone)，因此允許液態水在行星表面存在。但目前尚不清楚它是否有生命的存在。也無從知悉它的大氣成分？
5. Kepler-452b圍繞的恆星Kepler-452與太陽相似，是屬於G2V-type的恆星。但是質量較太陽大3.7％，直徑較太陽大11％，亮度則多20％。年齡較太陽多15億年，也就是已經燃燒60億年了。
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圖10. 比較開普勒-452恆星系統、開普勒-186恆星系統、太陽恆星系統(Solar system)的大小與規模。
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