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如果太陽成了紅巨星,地球會變成什麽樣,還會有生命存在嗎?

2024-10-08科學

【綜述】

我們擡頭一望,眼睛最容易捕捉到的就是太陽,畢竟它是天空中最亮的天體。相比之下,其他恒星離我們實在是太遙遠了,所以在地球上看,它們只是一些閃爍微弱的小點,連芝麻都不如。

數十億年來,太陽一直照耀著地球,從荒蕪到萬物生長,見證了地球的演變。自人類誕生以來,太陽就成為了人類關註的焦點,在人類的口頭和文字表述中經常出現。

在中國古代,人們認為在東南海以外的地方有一個羲和國,那裏有一位女神,名字也叫羲和。她的職責是在太陽落山後,把被汙染的太陽清洗幹凈,讓它在第二天以嶄新的面貌升起。

還有一種說法是,羲和與帝俊生了 10 個孩子,即 10 個太陽,讓他們輪流上天「上班」,每天從東方的扶桑神樹出發,去往西方的若木神樹,為人間帶去光明和溫暖。

但是後來這 10 個太陽不聽話了,有一次一起出來玩,完全沒意識到自己闖了大禍,導致老百姓遭殃,後羿看不下去,射掉了 9 個,只留了一個。

隨著科技的進步,人類對太陽系的了解越來越深入。盡管我們已經對太陽有了一定的認知,但最新的科學研究表明,太陽並非永恒存在的。透過對太陽品質和恒星演化的分析,科學家們預測在未來,太陽將經歷一次巨大的轉變,變成一顆熾熱而龐大的紅巨星。這一變化將對地球產生深遠的影響,可能引發全球性的災難。

【太陽】

太陽是一顆黃矮星,壽命大概是 100 億年左右,現在它已經有 45.7 億歲了,相當於它的一生已經過了一半。所以在 40 億年後,它會變成一顆紅巨星。

人類的文明史大概只有五千年,真正意義上的科技發展也就幾百年,太陽幾十億年的演化過程我們無法親眼目睹,只能借助目前的科技手段進行模擬和推測。

46 億年前,太陽系並不存在,這裏只有一片氫分子雲,在自轉運動中可能是由巨大的星際雲分解而來。當前主流的太陽系形成假說是「星雲假說」。

原始星雲在自轉的同時,由於品質較大,逐漸在重力的作用下塌縮。根據角動量守恒定律,原始星雲的自轉速度會越來越快,形成一個星盤,中心位置則誕生了一顆原始恒星——太陽。

在原始恒星形成的頭 5000 萬年裏,其內核極高的密度和壓力導致氫持續發生熱核反應,而且這種反應不斷增強,直到達到靜力平衡——即向下的重力與向上的熱壓力相互抵消。此時,原始恒星才真正成為太陽,並進入主序星階段,亮度也隨之逐漸增加。

太陽剛誕生時,其實沒有現在這麽亮,那時的它只有現在的 70%。後來,科學家們經過研究分析發現,每隔 11 億年,太陽的亮度就會增加 10%。

因為太陽內部一直在進行著核融合反應,氫原子核融合成氦原子核,所以太陽核心區域的氫元素在不斷減少。隨著氫元素的消耗,太陽內部的壓力和溫度逐漸升高,導致太陽的外層不斷膨脹,形成了我們所看到的太陽大氣層。這個過程是一個持續的過程,因此太陽會不斷地膨脹和演化,直到它的燃料耗盡。

氫核融合時,氦原子核會失去部份粒子,形成微中子和太陽放射線,這些能量以光和熱的形式向外釋放,為太陽系提供動力。

根據愛因史坦的質能方程式 E=mc2,4 個氫原子的品質加起來約為 4.0291 個道爾頓(原子品質單位),而 1 個氦原子的品質為 4.0015 道爾頓,因此它們的品質差約為 0.0276 道爾頓。

透過計算,我們發現太陽每秒鐘在其核心的核反應中會損失約 420 萬噸物質。

盡管太陽擁有巨大的品質和充足的氫含量,但這些氫並不是無限存在的,只有在太陽的內核才會發生核反應,外部的氫基本不會參與其中。

當太陽核心的氫燃料消耗殆盡,由於品質不足,核心溫度無法引發其他元素的核融合反應,因此它無法成為超新星,只能走向紅巨星的命運。

在這個過程中,太陽核心的氫會收縮,同時溫度升高。緊靠著核心外側的氫會因為內核溫度升高而加速核融合,從而產生更多熱量,導致太陽像一個腫脹的氣球一樣向外膨脹。

當太陽變成紅巨星後,它會向外膨脹,體積可能會膨脹到現在的 200 倍左右,甚至可能會逼近地球現在的執行軌域。那麽,到那時地球會變成什麽樣呢?

【地球會變得怎麽樣?】

當太陽成為一顆紅巨星時,它會不斷膨脹,最終吞沒水星、金星,甚至可能會觸及地球的軌域。但由於恒星風的作用,即恒星不斷向外高速運動的星風,它會帶走恒星內部的物質,從而導致太陽在這個過程中失去約 30%的品質。

大家都知道,物體重力和品質成正比,品質減少了,太陽的重力也會減弱,對周圍行星的束縛力就會減小,所以那時候地球的執行軌域可能會向外移動。如果是這樣,地球可能就不會被太陽吞噬了。

為了解決這個問題,科學家們建立了恒星演化模型,他們就是這麽想的。

科學家們計算出,當太陽進入紅巨星階段時,也就是 75.9 億年後,它將迅速膨脹,大約在 500 萬年內達到最大半徑,是現在太陽的 256 倍,品質也將流失到現在太陽的 67%。

科學家們表示,雖然太陽的品質在逐漸減少,地球受到的重力也在減弱,軌域有可能擴大,但是就算地球能夠擴大到目前軌域範圍的 50%,也難逃被太陽吞噬的命運,甚至太陽還會繼續向外膨脹。

這些科學家們認為,地球未來無法逃脫被紅巨星吞食的命運,而且會被點燃成為一顆「火球」,地球上的生命將因此而不復存在。

科學家認為,在太陽變成紅巨星並吞噬地球之前,地球上的生命就已經滅絕了。因為地球上的生命都是碳基生物,對環境條件要求非常苛刻。例如,人類在 40°C 的環境中,如果沒有適當的降溫措施,就可能因高溫中暑而死亡。

這太陽,每過 11 億年,它的光和熱就會增加個 10%左右。等再過個 40 億年,它的溫度會比現在再升高個 40%。這誰頂得住啊!

如果是這樣的話,太陽附近的宜居帶將會變得極其遙遠,地球將無法擁有液態水,其表面的大量海洋將會被蒸發,大氣層也會消失,而依靠空氣和水源的碳基生命將無法生存。

10 億年後,太陽溫度飆升,地表水源蒸發,地球或與生命告別。

宇宙發展多樣,地球生命又極其脆弱。未來,隕石降落、超新星爆發等意外都可能讓地球生命滅絕。

比如金星和火星,科學家們發現遠古時期這兩顆行星上都有大量液態水和大氣層,這讓它們看起來和地球很相似,也符合人類尋找宜居行星的標準。

但是早期太陽系可能遭遇過大量小行星或隕石的猛烈撞擊,這可能是金星和火星如今這般模樣的原因:一個熾熱、大氣層濃厚如煉獄,另一個則寒冷、沒有液態水且大氣稀薄,宛如荒漠。

除此之外,人類的活動也在不斷地消耗地球的資源,雖然對地球本身的影響不大,但是大自然中多種多樣的生命卻遭受到了嚴重的破壞。

由於人類的活動,許多生物的棲息地遭到侵占,生態環境也日益惡化。環境汙染、溫室效應、生態失衡等問題導致 21 世紀物種滅絕的速度和規模都在不斷擴大。一些科學家認為,第六次生物大滅絕已經到來。

如果人類繼續這樣,地球上的生命恐怕也會在人類的活動下走向滅絕。

不過,假如我們拋開別的因素,只看太陽變成紅巨星會帶來什麽影響,那麽 10 億年時間足以讓人類的科技突飛猛進。到那時候,人類可能就不會被太陽系束縛,而是能夠研發出超越光速的宇宙飛船,實作星際旅行,然後去之前發現的宜居行星進行實地考察,看看它們是否適合人類移居。

人類或許能夠飛出太陽系,成為星際居民,與外星文明進行交流,讓地球文明走向宇宙。

【結論】

所以,太陽變成紅巨星後,地球就會淪陷。但未來充滿各種可能,人類的力量也超乎想象。只要人類團結一心,努力發展,那麽地球的生命就有可能在遙遠的星際繼續繁榮昌盛。