地球殊異假說

在行星科學和天體生物學中，稀有地球假說或稱地球殊異假說（英語：Rare Earth hypothesis）認為地球上多細胞生物的形成需要不同尋常的天體物理及地質事件和環境的結合。「地球殊異」（Rare Earth）這一詞來自於一本由彼得·瓦爾德（Peter Ward ）和唐納德·E·布朗尼（Donald E. Brownlee）所著的《地球殊異：為何複雜生命在宇宙中並不普遍？》（Rare Earth: Why Complex Life Is Uncommon in the Universe，台灣譯名：「地球是孤獨的：從天文物理學、太空生物學、行星科學探索生命誕生之謎」）一書。
地球殊異假說是與卡爾·薩根及法蘭克·德雷克提出的平庸原理恰恰相反的概念。平庸原理認為地球只是位於普通的棒旋星系非異常區域內的一個普通的行星系統中的一顆普通的岩石行星，因此整個宇宙中充斥著複雜生命。瓦爾德等人卻指出像地球、太陽系和我們位於銀河系的區域這樣擁有適宜複雜生命生存的行星、行星系統和星系區域是非常稀少的。

為何複雜生命可能很稀少

地球殊異假說指出複雜生命的形成需要多種偶發條件的結合。這些條件包括了星系適居帶、擁用類似條件的行星系統、行星大小、擁有一顆巨大天然衛星（比如月球）的有利條件、行星擁有磁圈和相應的板塊運動、岩石圈、大氣圈以及海洋、巨大冰川及小行星撞擊等作用和影響。
相同的，以尺度和機率的角度與視野來觀察，地球屬於適居帶的行星，擁有且滿足一切生物物種維持生命、生存和演化的所有條件，然而事實上從地球歷史中的顯生宙開始至今，在這長達五億多年的歲月間和數百萬的生物物種中，只有一個物種成功的演化成為高等智慧生命－「人類」，而非多種多元的高等智慧生物並存於地球上，這顯示了在「相同條件」下，「高等智慧生命」並非如此的輕易出現和存在。同地球殊異假說一般，這或許為費米悖論提供了一個答案。

行星系統

能孕育恆星的星雲同樣也能孕育出類似於木星和土星的低金屬氣體行星。但類木行星沒有複雜生命生存所需的固體表面（雖然它們的衛星可能具有固體表面）。瓦爾德和布朗尼認為支持複雜生命生存的行星系統應或多或少類似我們的太陽系，包括擁有固體表面的內行星和氣態的外行星。但最近的研究對這種看法表示質疑。

木星的不確定因素

在瓦爾德和布朗尼成書的時候，對類木行星的看法是它們能夠使小行星遠離孕育生命的行星，使它們免遭小行星的撞擊。但是新近的電腦模擬顯示實際情況更為複雜。比起被木星阻止的小行星撞擊數量，它所引發的小行星撞擊次數更是三倍以上。如把木星換成土星大小的天體，則大約引發兩倍的小行星撞擊次數。

公轉妨礙

氣體行星不能太靠近一顆孕育生命的天體，除非該天體是它的衛星，否則氣體行星會妨礙那顆天體的公轉。此外，氣體行星數量越多、質量越大，造成的不確定性影響也會越大。
牛頓運動能造成行星公轉混亂，特別是在一個有高軌道離心率的巨大氣體行星的行星系統中。
出於穩定公轉的因素的考慮，擁有近距離圍繞母星公轉的巨大氣體行星（稱之為「熱木星」）的行星系統被排除適居的可能。人們相信在熱木星形成時它們距離母星比現在遠得多，但隨後遷移到當前的公轉軌道。在此過程中，它們可能已災難性地妨礙了所有位於適居帶內的行星的公轉軌道。

行星體積

一顆體積過小的行星不能維持足夠的大氣層及擁有大面積的海洋。它更傾向於擁有崎嶇的地表，比如高山和深谷。它們的地核會迅速冷卻。它們的板塊運動也無法像大的行星那樣維持長久或者完全沒有板塊運動。
根據亞利桑那大學的天文學家麥克爾·梅爾（Michael Meyer），像地球這樣的岩石行星在宇宙中可能是普遍的：
我們的觀測顯示在20%到60%的類似太陽的恆星中，有證據表明其岩石行星的形成過程和形成地球的過程無不相似之處，這是非常令人興奮的。
 — 麥克爾·梅爾
麥克爾所在的研究小組在新形成的類似太陽的恆星附近發現宇宙塵埃，他們把這看作是形成岩石行星的副產品。

巨大的天然衛星

在太陽系中，像月球這樣的天然衛星並不尋常，因為在地球以外的其他岩石行星之中有的沒有自己的衛星（比如水星和金星），而有的只擁有很小的天然衛星（比如火星）。
大碰撞說推測月球的形成是一顆具有火星大小的天體和早期的地球相撞的結果，該撞擊給予了地球轉軸傾角及自轉速度。快速的自轉減少了地球每日的氣溫變化率並使光合作用維持下去。地球殊異假說進一步指出轉軸傾角（相對於軌道平面）既不能過大也不能過小。一顆轉軸傾角過大的行星會遭遇極端的氣候季節性變化。反之，一顆轉軸傾角過小的行星則缺乏促進生命演化的季節性變化。就這一點上來說地球是「恰到好處」。巨大的天然衛星的重力作用還可以穩定行星的轉軸傾角。要是沒有這種作用，轉軸傾角的變化將是很混亂的，可能造成陸地上無法誕生複雜生命。
如果地球沒有月球這樣的天然衛星，僅靠太陽的重力作用，海洋的潮汐變化將很小。
行星的巨大天然衛星可以通過潮汐力對行星地殼的作用增加行星上板塊運動的可能性。另外在缺乏非均勻性地殼的情況下也可能不會產生引起板塊運動所需的大規模地函對流。但是有來自火星的證據表明，即使沒有上述機制的作用，以前在火星上仍存在過板塊運動。
如果巨大天體的撞擊是行星獲得巨大天然衛星的唯一方式，那麽處在環繞恆星的適居帶內的行星就需要構成一個雙行星系統以便撞擊天體具備足夠大能造就巨大天然衛星的條件。像這樣的撞擊天體也未必能夠形成。

板塊運動

除非行星的化學構成使板塊運動成為可能，行星上不會發生任何的板塊活動。目前所知的板塊運動所需的持久熱能是來自行星內部深層的輻射。行星上的大陸也必是由漂浮在更稠密的玄武岩之上的花崗岩所構成。泰勒（Taylor）強調俯衝帶（板塊運動的必要部份）需要豐富水源的潤滑作用。在地球上，俯衝帶只存在於海洋的底部。

慣性交替事件

許多證據表明寒武紀大爆發時期大陸漂移非常頻繁。事實上，大陸能在不到1,500萬年的時間內從北極移到赤道或從赤道移到北極。Kirschvink等人提出了以下有爭議的見解：相對於自轉軸的大陸質量的分布不均衡導致地球自轉軸90°變化。這種結果造成氣候和洋流在短期內發生劇烈變化並影響整個地球。他們把這稱之為「慣性交替事件」（Inertial Interchange Event），這種情形尚未被科學所證明，如果真發生了也是極不尋常。假如這樣的事件是比多孔動物門和珊瑚礁更複雜的生物發展所需要的，我們有了另一個為何複雜生物在宇宙中不多見的理由。

誤解

地球殊異假說常被誤認為「宇宙中只有地球才有智慧生命」。但實際上，該假說只是認為類似地球的星球和智慧生命在宇宙中非常稀少，認為銀河系中有智慧生命的星球只有幾顆至幾千顆，不同於其他樂觀估計的幾千萬顆。因此，即使將來發現了智慧生命的星球，只要其總數非常稀少，地球殊異假說仍有可能是對的。

批評

對地球殊異假說的批評來自以下不同方面。

太陽系外行星很普遍

截至2018年底，已知的太陽系外行星超過了3,800顆，而且新發現的行星數量還在不斷增加。美國卡內基科技大學的天文學家亞倫·博斯（Alan Boss）估計單銀河系中的岩石行星就可能有一千億之多。博思博士相信在這些行星之中有許多存在著簡單生命形態並且在銀河系中可能存在數以千計的文明。博思博士猜測類似太陽的恆星平均擁有一顆類似地球的行星。
愛丁堡大學的研究人員嘗試找出宇宙中究竟有多少智慧文明。研究指出智慧文明可能有數千個。
但是，迄今為止發現的所有系外行星中，只有1顆（Gliese 581 g）與地球類似，因此，類似地球的行星在系外行星中的數量只1/500左右，仍然是十分稀有的。而且，迄今為止發現的所有其他行星系統都與我們的太陽系大相逕庭。

生物演化

地球殊異假說的核心是生物演化：微生物在宇宙中可能很常見但高級生命卻未必。西蒙·莫里斯（Simon Conway Morris）是到今為止唯一一位談到地球殊異假說的演化生物學家。地球殊異假說認為複雜生命只能在類似地球的行星或行星合適的衛星上演化。包括傑克·科恩（Jack Cohen）在內的部分生物學家相信這種假設帶有局限性而且是不可想像的，他們把假說視為是一種循環論證。根據天文學家大衛·達林（David Darling）的觀點，地球殊異假說既不是假說也不是推測，它只是闡述了地球上的生命是如何發展的。