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地球未来将会以这些方式毁灭

2024-02-11科学

无论是超新星的巨响还是磁场衰竭的呜咽,地球及其上的一切注定要灭亡。

宇宙是一个可怕的地方,充满了存在威胁。地球在我们脚下似乎相当坚固,但维持我们生存的薄薄的岩石、水和空气的持续存在绝不是肯定的。飞来的小行星、高飞的超耀星和爆炸的超新星只是我们脆弱世界可能遭遇的一些灾难中的几种。

从短期来看,我们可能能够管理或减轻其中一些威胁。小行星可以被改变方向,电网可以被加固。但随着太阳系的年龄增长,其他的末日是不可避免的:月球失控、地球磁层崩溃、太阳衰弱的核心。每一个都代表着不同末日的倒计时,有些比其他的更加迫在眉睫。

太空中飘动的山

最明显的威胁是无数科幻故事和电影中经常出现的:小行星 撞击地球 。最著名的是, 6600 万年前,一颗宽数英里的小行星撞击了墨西哥尤卡坦半岛附近的海洋,将地球推向了混乱。吞噬大陆的野火和骨寒的核冬天在地质时间的眨眼间结束了巨型爬行动物统治了一亿八千万年。

即使假设我们能够偏转来袭的物体,面临的挑战仍然是在几个月到几年的提前通知内找到潜在危险的小行星。美国国家航空航天局近地天体研究中心目前只列出了几颗令人担忧的太空岩石,但新的太空岩石经常会在没有任何预警的情况下出现。在 2012 年、 2019 年和 2021 年,小行星在地球附近飞过,仅提前几天得到了通知,它们的大小从一个足球场到几个城市街区不等。 2013 年,重达 11,000 吨的车里雅宾斯克陨石在俄罗斯乌拉尔地区爆炸,摧毁了数千栋建筑物,造成了 1000 多人受伤的事故,但这些都没有引起人们的注意。

这种缺乏意识应该随着 2025 年智利韦拉 C. 鲁宾天文台的开放和 2026 年美国国家航空航天局南希·格雷丝·罗曼空间望远镜的发射而开始改变。鲁宾将能够每三天调查一次整个南方天空,每晚生成 20TB 的数据,并平均每 60 秒发布 10 万条有关任何检测到的变化的警报,所有这些都会被处理并在全球范围内分享。罗曼将具有与哈勃相同的清晰的亚角秒分辨率,但具有 100 倍的视场,生成关于天空中变化和移动物体的另一座数据山。当两者联手时,天空的两个半球将受到密切关注,从小行星到超新星。

准备 迎接耀斑

太阳耀斑是司空见惯且一般无害的。它们是从太阳具有强烈磁场的区域发射的光和辐射的爆发,太阳表面的较冷黑斑标志着它们的结束点。在太阳黑子上方,太阳的磁场可以延伸数万英里,携带着热度极高的、磁性束缚的等离子体的纤维。磁场线像拉伸和扭曲的橡皮筋一样储存能量 ——当它们断裂时,它们可以释放大量等离子体,称为日冕物质抛射( CMEs )。如果一个 CME 恰好对准地球,几天后地球就会遭受地磁风暴的袭击。由于地球的熔融铁核产生的保护性磁层,大多数 CMEs 都会被无害地偏转。但偶尔会有一次比正常强度高出数百到数千倍的耀斑——超耀斑——向地球的磁层发出攻击。

保存在古树年轮中的放射性碳尖峰的分析显示,在过去的 1 万年里,至少有 6 次这样的太阳风暴袭击了地球。在 2012 发生了 第一次这样的事件,发现了 774 年的日本柳树年轮中的放射性碳尖峰。随后的研究发现,在 993 年、 663 年、 5259 年、 5410 年和 7176 B.C.E. ,又发现了另外四次。

对于我们的史前祖先来说,这些事件可能不太引人注目,除了在异常低纬度出现的壮观极光表演。但在现代,来自超耀斑的 CME 对我们构成了严重威胁。它们可能使卫星瘫痪、 GPS 系统崩溃并破坏全球通信。电网可能会过载,并需要数月才能重建。手机、笔记本电脑和其他电子设备将幸存下来,但很多将受到功能电信设施不足的限制。现代文明在 1989 年已经经历了这些后果,当时一个相当大的 CME 擦过地球,引发了美国魁北克省的大停电。

我们已经在更深入地了解太阳并预测它的活动方面取得了长足进展,但超耀斑的预测仍然是一个开放的领域。有望帮助我们更好地理解太阳活动的观测包括位于智利的欧洲南方天文台的 Atacama 大毫米 / 亚毫米射电望远镜( ALMA ),以及美国国家科学基金会的世界各地的新型太阳望远镜网络,例如全视场、连续观测的空间天文台。这些努力使我们能够了解日冕中的磁场如何形成,以及在超耀斑之前是否有一些信号可以预测。如果我们能够提前几天发现太阳风暴,电网和卫星操作员可以做好准备,减轻潜在的损失。

黯淡 的太阳

但即使我们能够解决小行星和太阳耀斑的问题,地球仍然要在未来的十亿年里面临末日。即使地球不会在下个星期消失,太阳的逐渐死亡也将是地球和其他行星的最终命运。

现在,太阳是一个如此强大的核融合反应器,它每秒燃烧着巨大量的氢气,将其转化为氦气,并释放出相当于 1 亿个核电站的能量。然而,这种反应的燃料是有限的,当太阳中心的氢耗尽时,它将开始将氦转变为更重的元素,从而导致温度上升,对地球上生命的存在产生毁灭性的影响。

在这一过程中,太阳会变成一个红巨星,膨胀到现在的大小的几倍,最终吞噬地球。这并不是一个突然发生的过程,我们的星球不会在转瞬之间变成火球。相反,随着时间的推移,太阳将变得越来越明亮和炽热,最终使地球上的水汽蒸发,大气层消失,并最终熔化地壳。

即使在那之前,地球上的生命也将因为气温的急剧上升而灭绝。这可能会在几十亿年后发生,但对于我们来说,这只是地球末日的另一种形式。我们可能已经在远处看到了光明,但它也可能是地球的彻底毁灭。