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如果月球毁灭,会对地球产生什么影响?

2024-08-27科学

大约 45.6 亿年前,太阳系开始形成,当时太阳核心点燃了核聚变,周围的原行星盘开始碎裂,形成微小的原行星。大约 5000 万年后,许多我们熟悉的世界(包括行星和卫星)已经形成。然而,地球与一颗名为忒伊亚(Theia)的巨大原行星(现已被吞没)发生的致命碰撞激起了巨大的碎片云,这些碎片云将我们的家园星球包围在了一个圆环状结构中,被称为 synestia 其中一些物质逃逸到行星际空间,一些落回地球,但剩余部分聚结在一起,形成了迄今为止在岩石世界周围发现的最大的天然卫星:我们的月球。

在过去的 45 亿年里,月球以多种方式影响着地球。它是地球上潮汐的主要原因,也有助于稳定我们的轴向倾斜。它是地球上一天的持续时间随着时间的推移而延长的主要原因,也是我们世界经历过的所有日全食、日环食和月食的原因。它还与各种经不起科学检验的现象有关,包括:

· 精神错乱(或疯狂),

· 动物行为(例如对着月亮嚎叫),

· 农业周期(例如丰收月),

· 甚至女性的月经周期。

一个有趣的问题是,如果我们真的成功摧毁了月球,地球将会发生怎样的变化。以下七个变化可能是最重要的。

在土星环内,可以发现许多小卫星和小卫星,例如 Daphnis。这些物体可能是由吸积粒子形成的,然后被碰撞和潮汐力摧毁。环本身可能由曾经是卫星一部分的物质组成,后来被摧毁,可能是由于撞击或潮汐力。

1.) 地球将遭受巨大破坏,但生命仍将继续存在

请记住,我们谈论的不是仅仅摆脱月球——例如通过引力将其弹出或以某种方式使其神奇地消失——而是摧毁月球。摧毁任何大型物体的关键是向其传递足够的能量,以克服其固有质量的自引力,而对于月球来说,这是一个巨大的能量:略大于 10²⁹ 焦耳的能量。(相比之下,这超过 30 万亿太瓦时,或全球 每年电力消耗的10 亿倍以上。)
什么东西会拥有如此大的能量?你需要一颗相对较大的小行星,直径约一公里,完全由反物质构成:反物质会与正常物质湮灭,从而通过爱因斯坦的质能定律E = mc²产生能量(通常以光子的形式) 。如果爆炸太弱,月球将无法散开,而是会随着时间的推移在引力作用下重新形成。如果爆炸太强,快速移动的碎片会轰击地球,那臭名昭著的 希克苏鲁伯撞击事件看起来就像一块鹅卵石。但如果爆炸强度合适,地球周围就会形成一个由碎片组成的巨大环状系统:这些碎片会逐渐脱离轨道,撞击地球。

这幅地球周围有环状物的图像代表了如果月球被摧毁并被带入相对较近的地球轨道时将会发生什么。一系列碎片环将围绕着我们的星球,最终以 7-8 公里/秒的速度落向我们。

然而,这些撞击的能量与撞击地球的小行星或彗星的能量相比要低得多。一颗撞击地球的小行星撞击地球的速度通常为 20-30 公里/秒,具体取决于它相对于地球轨道的相对运动。一颗撞击地球的彗星撞击地球的速度通常为 50-100 公里/秒。然而,(假设)月球被摧毁后,月球碎片撞击地球的速度仅为 7-9 公里/秒:比小行星慢三倍,比彗星慢十倍。

这一点很重要,因为撞击事件的动能与撞击速度的平方成正比,这意味着对于任何给定质量的月球碎片,传递给地球的能量仅为小行星撞击所造成能量的约 10%,仅为彗星撞击所造成能量的约 1%。

当然,撞击地球的碎片会造成破坏,但可能只会在局部范围内。虽然摧毁月球需要大量的能量,但摧毁月球的影响不应该对目前地球上的生命造成灭绝级别的威胁。

在纯净的夜空下,银河系中心投下阴影。随着光污染的加剧,星云和恒星逐渐消失,直到只剩下几十颗恒星。数字 1 到 9 是博特尔尺度,它为观察者提供了一个衡量其所在位置天空黑暗度和清晰度的指标。

2.) 夜晚自然会变得更暗

夜晚仰望夜空,你能看到多少颗星星?由于光污染严重,在像上海市这样明亮的市区,只能看到几十颗最亮的星星。在郊区,这个数字可能会跃升至几百颗,而在真正黑暗的乡村天空,你一次可以看见几千颗星星,以及深空天体和银河系平面。对于我们大多数人来说,光污染——由夜间低效的电力照明引起——是我们欣赏壮丽夜空的主要障碍,数十亿年来,这种壮丽景象无处不在,而 数以千计的新出现的明亮反光卫星的污染影响标志着一个相对较新的问题。

在日环食发生时,日环食的中心线上的「火环」特征将形成一个完美的圆形环,太阳部分不会被月球遮挡。这张照片拍摄于 2012 年 5 月的日环食期间,虽然目前地球上只有大约 50% 的日食是日环食,但再过 6 亿至 6.5 亿年,随着月球继续因潮汐制动而远离地球,所有日食都将成为日环食。

3.) 没有月亮会导致日食结束

为了发生日食,你需要三个物体对齐:

· 太阳发出的光线被所有物体吸收和反射,

· 地球(或任何行星),观察员驻扎在那里观看日食,

· 和月亮(或任何卫星),

月球既可以穿过太阳和相关行星之间形成日食,也可以穿过行星投射的阴影锥形成月食。

目前,地球上拥有令人羡慕的条件:月球距离地球足够近、足够大,并且位于合适的轨道上,因此当月球经过地球和太阳之间时,它可以完全遮挡太阳圆盘,月球的阴影可以直接落在地球上,从而为日全食创造条件。此外,月球位于椭圆轨道上,因此当它距离地球最远时,它无法再遮挡太阳圆盘,因此即使是完美对齐的日食也只能是环形的。最后,当月球进入地球的阴影锥时,我们将经历月食。到目前为止,我们是宇宙中唯一已知的经历这三种类型日食的天体;如果没有月球,我们根本不会经历任何一种日食。

低潮时的戈里港,展示了地球上海湾、水湾和其他浅水沿海地区高潮和低潮之间的极端差异。在这样的地方,水位高度相差几米是很常见的。

4.) 我们仍然会有潮汐,但与现代潮汐相比,潮汐会微不足道

地球上的「高潮」和「低潮」之间的差异可能很大,特别是对于我们这些居住在沿海水域附近的人来说,尤其是当我们身处海湾、海峡、入口或其他经常有水汇集的区域时。我们的潮汐主要受月球的影响,月球约占地球总潮汐的 75%,其次是受太阳的影响,太阳仅占其余 25%。

在满月和新月阶段,当太阳、地球和月亮都排成一条直线时,我们就会经历所谓的大潮,即最高的高潮和最低的低潮。当地球和太阳与地球和月亮的连线成直角时,在上弦月或下弦月期间,我们就会经历小潮,此时高潮和低潮的幅度只有大潮的一半。

但如果没有月亮,我们的潮汐将完全由太阳决定,潮汐的强度将只有小潮时的一半:是目前地球上最小潮汐强度的一半。如果没有月亮,我们仍然会有潮汐,但它们会比我们今天地球上的潮汐小得多。

月球对地球施加潮汐力,这不仅会造成潮汐,还会阻碍地球自转,从而导致一天变长。地球的不对称性质,加上月球和太阳的引力作用,导致地球自转速度变慢。为了补偿和保持角动量,月球必须向外螺旋旋转。正是由于这个原因,地球在 6 亿年后将不再发生日全食,而且随着时间的推移,每天的时间越来越长。

5.) 一天的长度将不再增加

当地球绕地轴旋转时,巨大而靠近地球的月球不仅对地球施加引力,还施加潮汐力:由于月球的引力,地球「近处」受到的力比地球「远处」更大。虽然这种影响在人类的一生中微不足道,但地球旋转 360° 所需的时间,即我们通常所说的一天,每过一年就会延长约 14 微秒。再过 400 万年,一天将比现在长 56 秒:这个时间刚好可以 消除闰年的必要性,因为地球将以 365 天为一个周期绕太阳公转。

随着时间的推移,已知有许多因素会导致地球自转轴发生偏移。一项令人惊讶的新研究表明,地下水枯竭是导致地球两极在 17 年内偏移超过 70 厘米的原因。人类在极短的时间内对地球的影响如此之大,令人惊叹。除了人类的影响之外,地球的轴线是稳定的,从 22.1 度到 24.5 度,这主要归功于月球的稳定力。

6.) 地球的轴倾角会变得不稳定

这张照片是人类首次用肉眼看到地球从月球边缘升起的景象,拍摄时间是在原始地球升起照片(黑白)拍摄几分钟后。用人类的眼睛从太空发现地球,仍然是人类历史上最具标志性的成就之一。1968 年 12 月发射的阿波罗 8 号是成功登月的重要前奏之一。这张照片可以说是有史以来对环境影响最大的一张照片。

7.) 我们将失去与宇宙其他部分最近的垫脚石

20 世纪 60 年代末,就在第一架飞机发明的几十年后,人类首次踏上了另一个世界的表面:月球。从 1969 年到 1972 年,有 12 个人踏上月球表面,从那以后,没有人重复这一壮举,甚至没有人类踏上地球以外的任何世界。为什么可能呢?一个主要因素是,至少从宇宙和行星的尺度上来说,月球距离地球非常近。平均距离仅为 380,000 公里,常规火箭仅需三天即可完成单程月球之旅,而以光速发送的往返信号(从地球到月球再返回)仅需 2.5 秒。

如果没有月球,下一个离我们最近的选择会是什么?像金星或火星这样的星球,即使在最接近地球时,距离地球也有 3800 万和 5600 万公里:是地月距离的一百倍甚至更多。往返通信需要几分钟而不是几秒钟;单程需要几个月而不是几天;往返需要至少一年而不是大约一周。此外,这些其他星球有大气层、风、巨大的重力和恶劣的环境需要应对,而月球没有空气,质量也很低。我们通往宇宙其他部分的「垫脚石」,虽然在过去半个世纪里一直被低估和未得到充分利用,但在人类太空飞行事业中却具有巨大的价值。

这张照片拍摄于 1971 年 1 月 31 日,是艾伦·谢泼德在 EVA-1(月球行走)开始时在登月舱附近拍摄的 12 点钟方向的日出照片。没有太阳的眩光,我们可以看到锥坑山脊的一些细节。旗帜、S 波段天线、梯子和 LRRR(激光测距反射器)都位于西侧脚垫上。MET(模块化设备运输机)尚未展开,仍然折叠在 MESA(模块化设备存放组件)上。

无论我们如何想象没有月球的生活,它都会在许多重大方面有所不同。其中一些差异只是很小的差异——例如日食消失、潮汐变小或夜空持续黑暗——但有些差异将对地球上生命未来的进化产生重大影响。

如果没有月球,我们的轴向倾斜就会不稳定,导致季节的极端变化,甚至【权力的游戏】里的冬天也相形见绌。在地球早期的历史中,一次完整的自转可能只需要 6 到 8 个小时,而不是现代的 24 个小时,一年有 1000 多天;如果没有月球,所有随后的白昼变长效应都将完全可以忽略不计。月球是我们进入宇宙的所有第一步的试验场,无论是载人任务还是无人任务,但如果没有月球,探索宇宙就会变得更加艰巨。

尽管人类可能过于急切地将许多看似周期性的现象归咎于月球,但实际上并不存在这种联系,事实是,我们星球历史的许多方面确实依赖于我们这颗巨大的天然卫星。所以下次你想毁灭月球时,应该先想想它给我们带来了什么,并感激它的陪伴。