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如果太阳成了红巨星,地球会变成什么样,还会有生命存在吗?

2024-10-08科学

【综述】

我们抬头一望,眼睛最容易捕捉到的就是太阳,毕竟它是天空中最亮的天体。相比之下,其他恒星离我们实在是太遥远了,所以在地球上看,它们只是一些闪烁微弱的小点,连芝麻都不如。

数十亿年来,太阳一直照耀着地球,从荒芜到万物生长,见证了地球的演变。自人类诞生以来,太阳就成为了人类关注的焦点,在人类的口头和文字表述中经常出现。

在中国古代,人们认为在东南海以外的地方有一个羲和国,那里有一位女神,名字也叫羲和。她的职责是在太阳落山后,把被污染的太阳清洗干净,让它在第二天以崭新的面貌升起。

还有一种说法是,羲和与帝俊生了 10 个孩子,即 10 个太阳,让他们轮流上天「上班」,每天从东方的扶桑神树出发,去往西方的若木神树,为人间带去光明和温暖。

但是后来这 10 个太阳不听话了,有一次一起出来玩,完全没意识到自己闯了大祸,导致老百姓遭殃,后羿看不下去,射掉了 9 个,只留了一个。

随着科技的进步,人类对太阳系的了解越来越深入。尽管我们已经对太阳有了一定的认知,但最新的科学研究表明,太阳并非永恒存在的。通过对太阳质量和恒星演化的分析,科学家们预测在未来,太阳将经历一次巨大的转变,变成一颗炽热而庞大的红巨星。这一变化将对地球产生深远的影响,可能引发全球性的灾难。

【太阳】

太阳是一颗黄矮星,寿命大概是 100 亿年左右,现在它已经有 45.7 亿岁了,相当于它的一生已经过了一半。所以在 40 亿年后,它会变成一颗红巨星。

人类的文明史大概只有五千年,真正意义上的科技发展也就几百年,太阳几十亿年的演化过程我们无法亲眼目睹,只能借助目前的科技手段进行模拟和推测。

46 亿年前,太阳系并不存在,这里只有一片氢分子云,在自转运动中可能是由巨大的星际云分解而来。当前主流的太阳系形成假说是「星云假说」。

原始星云在自转的同时,由于质量较大,逐渐在重力的作用下坍缩。根据角动量守恒定律,原始星云的自转速度会越来越快,形成一个星盘,中心位置则诞生了一颗原始恒星——太阳。

在原始恒星形成的头 5000 万年里,其内核极高的密度和压力导致氢持续发生热核反应,而且这种反应不断增强,直到达到静力平衡——即向下的重力与向上的热压力相互抵消。此时,原始恒星才真正成为太阳,并进入主序星阶段,亮度也随之逐渐增加。

太阳刚诞生时,其实没有现在这么亮,那时的它只有现在的 70%。后来,科学家们经过研究分析发现,每隔 11 亿年,太阳的亮度就会增加 10%。

因为太阳内部一直在进行着核聚变反应,氢原子核聚变成氦原子核,所以太阳核心区域的氢元素在不断减少。随着氢元素的消耗,太阳内部的压力和温度逐渐升高,导致太阳的外层不断膨胀,形成了我们所看到的太阳大气层。这个过程是一个持续的过程,因此太阳会不断地膨胀和演化,直到它的燃料耗尽。

氢核聚变时,氦原子核会失去部分粒子,形成中微子和太阳辐射,这些能量以光和热的形式向外释放,为太阳系提供动力。

根据爱因斯坦的质能方程 E=mc2,4 个氢原子的质量加起来约为 4.0291 个道尔顿(原子质量单位),而 1 个氦原子的质量为 4.0015 道尔顿,因此它们的质量差约为 0.0276 道尔顿。

通过计算,我们发现太阳每秒钟在其核心的核反应中会损失约 420 万吨物质。

尽管太阳拥有巨大的质量和充足的氢含量,但这些氢并不是无限存在的,只有在太阳的内核才会发生核反应,外部的氢基本不会参与其中。

当太阳核心的氢燃料消耗殆尽,由于质量不足,核心温度无法引发其他元素的核聚变反应,因此它无法成为超新星,只能走向红巨星的命运。

在这个过程中,太阳核心的氢会收缩,同时温度升高。紧靠着核心外侧的氢会因为内核温度升高而加速核聚变,从而产生更多热量,导致太阳像一个肿胀的气球一样向外膨胀。

当太阳变成红巨星后,它会向外膨胀,体积可能会膨胀到现在的 200 倍左右,甚至可能会逼近地球现在的运行轨道。那么,到那时地球会变成什么样呢?

【地球会变得怎么样?】

当太阳成为一颗红巨星时,它会不断膨胀,最终吞没水星、金星,甚至可能会触及地球的轨道。但由于恒星风的作用,即恒星不断向外高速运动的星风,它会带走恒星内部的物质,从而导致太阳在这个过程中失去约 30%的质量。

大家都知道,物体引力和质量成正比,质量减少了,太阳的引力也会减弱,对周围行星的束缚力就会减小,所以那时候地球的运行轨道可能会向外移动。如果是这样,地球可能就不会被太阳吞噬了。

为了解决这个问题,科学家们建立了恒星演化模型,他们就是这么想的。

科学家们计算出,当太阳进入红巨星阶段时,也就是 75.9 亿年后,它将迅速膨胀,大约在 500 万年内达到最大半径,是现在太阳的 256 倍,质量也将流失到现在太阳的 67%。

科学家们表示,虽然太阳的质量在逐渐减少,地球受到的引力也在减弱,轨道有可能扩大,但是就算地球能够扩大到目前轨道范围的 50%,也难逃被太阳吞噬的命运,甚至太阳还会继续向外膨胀。

这些科学家们认为,地球未来无法逃脱被红巨星吞食的命运,而且会被点燃成为一颗「火球」,地球上的生命将因此而不复存在。

科学家认为,在太阳变成红巨星并吞噬地球之前,地球上的生命就已经灭绝了。因为地球上的生命都是碳基生物,对环境条件要求非常苛刻。例如,人类在 40°C 的环境中,如果没有适当的降温措施,就可能因高温中暑而死亡。

这太阳,每过 11 亿年,它的光和热就会增加个 10%左右。等再过个 40 亿年,它的温度会比现在再升高个 40%。这谁顶得住啊!

如果是这样的话,太阳附近的宜居带将会变得极其遥远,地球将无法拥有液态水,其表面的大量海洋将会被蒸发,大气层也会消失,而依靠空气和水源的碳基生命将无法生存。

10 亿年后,太阳温度飙升,地表水源蒸发,地球或与生命告别。

宇宙发展多样,地球生命又极其脆弱。未来,陨石降落、超新星爆发等意外都可能让地球生命灭绝。

比如金星和火星,科学家们发现远古时期这两颗行星上都有大量液态水和大气层,这让它们看起来和地球很相似,也符合人类寻找宜居行星的标准。

但是早期太阳系可能遭遇过大量小行星或陨石的猛烈撞击,这可能是金星和火星如今这般模样的原因:一个炽热、大气层浓厚如炼狱,另一个则寒冷、没有液态水且大气稀薄,宛如荒漠。

除此之外,人类的活动也在不断地消耗地球的资源,虽然对地球本身的影响不大,但是大自然中多种多样的生命却遭受到了严重的破坏。

由于人类的活动,许多生物的栖息地遭到侵占,生态环境也日益恶化。环境污染、温室效应、生态失衡等问题导致 21 世纪物种灭绝的速度和规模都在不断扩大。一些科学家认为,第六次生物大灭绝已经到来。

如果人类继续这样,地球上的生命恐怕也会在人类的活动下走向灭绝。

不过,假如我们抛开别的因素,只看太阳变成红巨星会带来什么影响,那么 10 亿年时间足以让人类的科技突飞猛进。到那时候,人类可能就不会被太阳系束缚,而是能够研发出超越光速的宇宙飞船,实现星际旅行,然后去之前发现的宜居行星进行实地考察,看看它们是否适合人类移居。

人类或许能够飞出太阳系,成为星际居民,与外星文明进行交流,让地球文明走向宇宙。

【结论】

所以,太阳变成红巨星后,地球就会毁灭。但未来充满各种可能,人类的力量也超乎想象。只要人类团结一心,努力发展,那么地球的生命就有可能在遥远的星际继续繁荣昌盛。