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太阳灭了地球咋办?海王星庇护人类

与万事万物一样,恒星不断产生,繁盛,然后死亡。我们赖以生存的太阳也不会是例外,而当太阳走向死亡之时,我们生活的地球也将随之消亡。但地球的消亡将不会是无声无息的,相反,它将在已经成为红巨星的太阳强烈的高温作用下被炙烤,然后蒸发。

这或许不是你想听到的故事,但如果你现在就想出门去找地方办理一份“恒星死亡保险”的话,请先等一等,因为时间还很长——这样的情景要发生,至少是在70~80亿年之后。相比之下,全部的人类历史加起来也只不过是这个时间长度的一个零头。如果将地球的年龄浓缩成一天的时间,那么人类的诞生不过是这一天的最后一秒钟发生的事。这样的对比能够最生动地表现我们人类自身面对宇宙的渺小和卑微。

太阳的青年时代:氢的燃烧

那么当太阳最终迎来生命的终结,将会发生什么?要想回答这个问题,我们首先必须弄清楚太阳是如何发光的。恒星形成于巨大的星云之中,这些星云的大部分物质成分是氢气和氦气,以及少量其他元素。气体本身拥有质量,因此如果你将足够多的气体放在一起,它们会在自身重力的作用下发生塌缩过程。这一收缩过程会产生大量热量(在天文学上这被称作“开尔文-亥姆霍兹收缩”)从而造成核心位置气体的加热,直到这些气体发生电离(也就是其原子核中 的电子脱离原子核,成为自由电子,从而导致原子带电)。当达到一定临界条件时,氢原子之间开始引燃核聚变过程,氢原子(各包含一个质子)聚变为氦原子(包 含两个质子和两个中子)。这一过程会以光和热的形式大量释放能量,而这会产生自内向外的扩张力,从而阻止其他进一步塌缩的进行。当这两股力量达到平衡状态时,一颗恒星便就此诞生了。

一颗恒星内部的氢燃料足够维持其持续发光发热长达数十亿年的时间。但这些燃料总有耗尽的那天,到那时候,恒星内部的氢燃料几乎已经全部经过核聚变转变成了氦。此时我们的太阳便再也无法产生足够多的能量并产生足够强大的外向压强来对抗自身重力的影响了,于是它将开始在自身重力的作用下继续向内塌缩。然而这一收缩过程产生的热量将不足以像一开始在塌缩过程中引发氢的核聚变过程那样引发氦的核聚变过程。但残留在这个氦核外缘的氢物质将达到足够高的温度并开始发生核聚变,这一过程会产生足够多的热量让太阳继续维持一段时间的相对稳定。

太阳的老年时代:氦的燃烧和地球的毁灭

但随着越来越多氢物质经过核聚变后将氦残渣落入核心,太阳中心位置的氦核越来越大,它开始在自身重力作用下塌缩。这种情况也将释放能量,当然并非经由核聚变的方式,而是简单的压缩产热过程。这一过程产生了额外的光和热,造成这一时期的太阳变 得格外明亮。但这股力量也同时造成了太阳的膨胀,此时它将变身为一颗红巨星。红巨星的光呈现一种红色色调,因为相比现在的太阳,红巨星阶段的太阳因为体积大大增加,其最外层的表明温度将会相应降低,于是颜色会显得偏红一些。

2008年的一项研究显示,当太阳进入红巨星阶段时其半径将变得极其巨大,最外层几乎将抵达1.7亿公里之外,从而将水星、金星和地球全部吞噬。太阳完成向红巨星转化的整个过程大致需要500万年左右,相比恒星的寿命,这几乎可以说是一瞬间的事。

另外,太阳的光度一直在以大约每10亿年增加10%左右的速度持续上升。因此太阳周围的所谓“宜居带”范围也将逐渐发生变化。所谓宜居带是指恒星周围距离适中,因而其地表温度较为适中,允许水以液态形式在行星表面存在的区域范围,目前太阳系的宜居带范围大致是在距离太阳0.95~1.37个天文单位(AU) 之间。随着太阳光度的上升,这一区域将逐渐向外移动。当太阳最终成为红巨星时,火星在那之前便早就已经被纳入宜居带范围内了。而与此同时地球距离太阳就太近了,它将在与日俱增的太阳光热炙烤下逐渐干涸,海洋将全部蒸发殆尽,水分子将在紫外线作用下被分解为氧气和氢气并全部逃逸到太空之中——在太阳真正吞噬地球之前很长时间,地球便早已成为一片不毛之地。

我们的命运

在地球上的氧气和氢气逐渐消失的过程中,大气中的氮气和二氧化碳将逐渐成为地球大气的主要成分,就像今天的金星大气,尽管我们目前还不能断言当时的地球大气中二氧化碳的浓度会不会达到今天的金星那么惊人。这一问题的答案部分将取决于到那时地球上还有多少火山仍在持续喷发,以及当时地球上的板块运动是否还依然活跃。我们希望我们的后代到那时候已经变得足够强大,也足够有智慧,在这样的命运到来之前便已经全体移民火星甚至是太阳系中其他更加遥远的星球,以便躲过这一灭顶之灾。

但即便我们的后代移民到了火星上,这里也并非久留之地。一旦太阳成为红巨星,太阳系的宜居带将向外推移到距离太阳49~70个天文单位处。在这样的情况下,在今天的海王星轨道可能都会太热而不适合生命生存,到那时,太阳系中我们的庇护所或许将是冥王星和其他柯伊伯带天体,彗星或者其他小型冰冻星球。

另外,在2008年的论文中,研究人员指出像太阳这样的恒星会随着时间推移而逐渐丢失质量,主要的途径是太阳风。在这样的情况下,行星围绕太阳公转的轨道半径就会逐渐增加。这样的过程太过缓慢,无法拯救地球被太阳吞噬的命运,但如果海王星也会经历同样的轨道演变,那么海王星系统或许在未来就将能够成为人类在太阳系中的庇护家园。

然而这样的状况并不能持久——太阳氦核外圈的剩余氢燃料很快就将耗尽,此时太阳将再次进入塌缩过程,产生大量热量并最终抵达足够高的临界温度,从而开启另一个轮回的核聚变机制——氦聚变。在接下来的大约20亿年内,太阳将借助氦聚变维持发光发热,在此过程中产生的“灰烬”则是碳和少量的氧。而 一旦氦也被消耗殆尽之后,太阳已经没有其他可以用来维持自身的燃料了。此时塌缩过程将再次启动,太阳核心将收缩成为一颗白矮星。而在此过程中,太阳的外层物质将几乎不受什么明显的影响,因为在那之后由于太阳外层已经膨胀地太过巨大,外层物质已经实际上与内核部分联系很弱了。于是太阳的外层物质便逐渐散去, 最终飘散形成一个行星状星云。

由于白矮星的加热机制是收缩产热而不是核聚变,因此一开始它们的温度会很高,表面温温度常常可以达到2.8万摄氏度左右,它们会照亮周围逐渐扩散的星云物质,在这一阶段,天琴座的指环星云就是一 个很好的案例。这也就是说,在遥远的将来,一个遥远的外星文明远远地透过望远镜观察曾经的太阳系方向,他们将会看到的或许就是类似指环星云的模样,而我们人类是否仍然存在则不得而知了。

太阳灭了地球咋办?海王星庇护人类 2016年4月13日的太阳。尽管已经燃烧了45亿年之久,但太阳正值壮年,还有一半的寿命

太阳灭了地球咋办?海王星庇护人类 艺术示意图:当恒星膨胀为一颗红巨星时吞噬旁边的一颗气态巨行星。

太阳灭了地球咋办?海王星庇护人类 行星状星云NGC 6565,这是一颗恒星死亡后的裹尸布

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