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地球未來將會以這些方式淪陷

2024-02-11科學

無論是超新星的巨響還是磁場衰竭的嗚咽,地球及其上的一切註定要滅亡。

宇宙是一個可怕的地方,充滿了存在威脅。地球在我們腳下似乎相當堅固,但維持我們生存的薄薄的巖石、水和空氣的持續存在絕不是肯定的。飛來的小行星、高飛的超耀星和爆炸的超新星只是我們脆弱世界可能遭遇的一些災難中的幾種。

從短期來看,我們可能能夠管理或減輕其中一些威脅。小行星可以被改變方向,電網可以被加固。但隨著太陽系的年齡增長,其他的末日是不可避免的:月球失控、地球磁層崩潰、太陽衰弱的核心。每一個都代表著不同末日的倒計時,有些比其他的更加迫在眉睫。

太空中飄動的山

最明顯的威脅是無數科幻故事和電影中經常出現的:小行星 撞擊地球 。最著名的是, 6600 萬年前,一顆寬數英裏的小行星撞擊了墨西哥尤卡坦半島附近的海洋,將地球推向了混亂。吞噬大陸的野火和骨寒的核冬天在地質時間的眨眼間結束了巨型爬行動物統治了一億八千萬年。

即使假設我們能夠偏轉來襲的物體,面臨的挑戰仍然是在幾個月到幾年的提前通知內找到潛在危險的小行星。美國太空總署近地天體研究中心目前只列出了幾顆令人擔憂的太空巖石,但新的太空巖石經常會在沒有任何預警的情況下出現。在 2012 年、 2019 年和 2021 年,小行星在地球附近飛過,僅提前幾天得到了通知,它們的大小從一個足球場到幾個城市街區不等。 2013 年,重達 11,000 噸的車裏雅賓斯克隕石在俄羅斯烏拉爾地區爆炸,摧毀了數千棟建築物,造成了 1000 多人受傷的事故,但這些都沒有引起人們的註意。

這種缺乏意識應該隨著 2025 年智利韋拉 C. 魯賓天文台的開放和 2026 年美國太空總署南茜·格雷絲·羅曼空間望遠鏡的發射而開始改變。魯賓將能夠每三天調查一次整個南方天空,每晚生成 20TB 的數據,並平均每 60 秒釋出 10 萬條有關任何檢測到的變化的警報,所有這些都會被處理並在全球範圍內分享。羅曼將具有與哈伯相同的清晰的亞角秒分辨率,但具有 100 倍的視場,生成關於天空中變化和移動物體的另一座數據山。當兩者聯手時,天空的兩個半球將受到密切關註,從小行星到超新星。

準備 迎接耀斑

太陽耀斑是司空見慣且一般無害的。它們是從太陽具有強烈磁場的區域發射的光和輻射的爆發,太陽表面的較冷黑斑標誌著它們的結束點。在太陽黑子上方,太陽的磁場可以延伸數萬英裏,攜帶著熱度極高的、磁性束縛的等離子體的纖維。磁場線像拉伸和扭曲的橡皮筋一樣儲存能量 ——當它們斷裂時,它們可以釋放大量等離子體,稱為日冕物質拋射( CMEs )。如果一個 CME 恰好對準地球,幾天後地球就會遭受地磁風暴的襲擊。由於地球的熔融鐵核產生的保護性磁層,大多數 CMEs 都會被無害地偏轉。但偶爾會有一次比正常強度高出數百到數千倍的耀斑——超耀斑——向地球的磁層發出攻擊。

保存在古樹年輪中的放射性碳尖峰的分析顯示,在過去的 1 萬年裏,至少有 6 次這樣的太陽風暴襲擊了地球。在 2012 發生了 第一次這樣的事件,發現了 774 年的日本柳樹年輪中的放射性碳尖峰。隨後的研究發現,在 993 年、 663 年、 5259 年、 5410 年和 7176 B.C.E. ,又發現了另外四次。

對於我們的史前祖先來說,這些事件可能不太引人註目,除了在異常低緯度出現的壯觀極光表演。但在現代,來自超耀斑的 CME 對我們構成了嚴重威脅。它們可能使衛星癱瘓、 GPS 系統崩潰並破壞全球通訊。電網可能會過載,並需要數月才能重建。手機、筆記電腦和其他電子器材將幸存下來,但很多將受到功能電信設施不足的限制。現代文明在 1989 年已經經歷了這些後果,當時一個相當大的 CME 擦過地球,引發了美國魁北克省的大停電。

我們已經在更深入地了解太陽並預測它的活動方面取得了長足進展,但超耀斑的預測仍然是一個開放的領域。有望幫助我們更好地理解太陽活動的觀測包括位於智利的歐洲南方天文台的 Atacama 大毫米 / 亞毫米射電望遠鏡( ALMA ),以及美國國家科學基金會的世界各地的新型太陽望遠鏡網絡,例如全視場、連續觀測的太空望遠鏡。這些努力使我們能夠了解日冕中的磁場如何形成,以及在超耀斑之前是否有一些訊號可以預測。如果我們能夠提前幾天發現太陽風暴,電網和衛星操作員可以做好準備,減輕潛在的損失。

黯淡 的太陽

但即使我們能夠解決小行星和太陽耀斑的問題,地球仍然要在未來的十億年裏面臨末日。即使地球不會在下個星期消失,太陽的逐漸死亡也將是地球和其他行星的最終命運。

現在,太陽是一個如此強大的核融合反應器,它每秒燃燒著巨大量的氫氣,將其轉化為氦氣,並釋放出相當於 1 億個核電廠的能量。然而,這種反應的燃料是有限的,當太陽中心的氫耗盡時,它將開始將氦轉變為更重的元素,從而導致溫度上升,對地球上生命的存在產生淪陷性的影響。

在這一過程中,太陽會變成一個紅巨星,膨脹到現在的大小的幾倍,最終吞噬地球。這並不是一個突然發生的過程,我們的星球不會在轉瞬之間變成火球。相反,隨著時間的推移,太陽將變得越來越明亮和熾熱,最終使地球上的水汽蒸發,大氣層消失,並最終熔化地殼。

即使在那之前,地球上的生命也將因為氣溫的急劇上升而滅絕。這可能會在幾十億年後發生,但對於我們來說,這只是地球末日的另一種形式。我們可能已經在遠處看到了光明,但它也可能是地球的徹底淪陷。