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太陽留給人類的時間不多了,只剩10億年,人類的希望在4光年外?


火星科普星問答計劃創作者,科學傳播精英中國科普作家協會,科學達人,優質創作者本文參加百家號#科學了不起#系列征文賽。距今億年前,在太陽星雲的...

- 2021年1月02日14時55分
- 科學文摘 /

火星科普

星問答計劃創作者,科學傳播精英 中國科普作家協會,科學達人,優質創作者

本文參加百家號 #科學了不起# 系列征文賽。

距今46億年前,在太陽星雲的中心,大量的氫、氦氣體雲通過引力結合在一起,形成了太陽。在強大引力的擠壓下,太陽核心有足夠的壓力和溫度來進行氫核聚變,產生能量,所以太陽自身可以不斷發光發熱。

在太陽形成大約6000萬年後,地球從太陽星雲的殘餘物中形成。再過幾億年,地球經過持續冷卻之後,出現了由液態水組成的海洋。在海洋中,意外地進化出了生命。

太陽對於地球生命是至關重要的,沒有太陽源源不斷的熱量,地球無法讓表面的水保持液態,這樣生命也就沒有誕生的條件。雖然地球核心的溫度高至5500 ℃,不斷向外釋放熱量,但單靠這種熱量,無法溫暖地表。

另一方面,24億年前,地球上出現了藍藻細菌開始,它們能夠吸收太陽能,進行光合作用,並釋放出氧氣。自那之後,地球上的大部分生命都需要氧氣,所以間接依賴於太陽。只有極少數生活在海底熱泉附近的嗜極微生物不需要太陽能,它們依賴於化學反應產生的能量。

過去46億年來,太陽一直滋養著地球萬物。但任何事物都會走向終結,太陽也不例外。那麼,太陽還能繼續“燃燒”多久呢?留給人類的時間還有多少呢?

太陽本身處於一種動態平衡的狀態,一方面太陽自身的重力使其不斷向中心坍縮,另一方面太陽核心區域的氫核聚變產生巨大的輻射壓,對抗自身的重力坍縮。兩股力量互相較勁,誰也沒有戰勝誰。

在太陽的核心中,每秒鐘有6.1億噸的氫原子核發生核聚變反應,其中426萬噸會消失掉,它們完全轉化為能量。太陽的總質量可達2×10^27噸,太陽在過去46億年裏總共損失的質量僅為太陽總質量的0.031%。那麼,這是否意味著太陽可以燃燒十幾萬億年的時間呢?

事實並非如此。太陽無法消耗掉自身所有的氫和氦,因為核聚變反應只有在超高溫超高壓的太陽核心才能進行。根據太陽核心中所剩的核燃料,太陽估計還能再燃燒50億年。

50億年之後,耗盡核燃料的太陽將會失去流體靜力學平衡,外層大幅度向外擴張。到了那時,太陽大到可以吞掉水星和金星,甚至是地球。即便地球能夠幸免,但也會被膨脹為紅巨星的太陽燒焦。

不過,太陽留給人類的時間其實只剩10億年,而非50億年。隨著氫核聚變的持續進行,太陽中心堆積越來越多的氦,這會導致核心質量增加,使得重力坍縮效應變強,從而加快核聚變反應的速率。也就是說,太陽將會變得越來越熱。

按照目前的情況來計算,在10億年後,太陽每秒鐘釋放出的能量將會是現在的1.1倍。雖然只有10%的增幅,但太陽熱到足以讓地球上的所有液態水汽化消失,地球將會變成荒涼之地。

如果那時的人類想要生存下去,只有想辦法給地球降溫,例如,在太空中造一個巨大的“遮陽傘”,減少太陽輻射;或者把地球的公轉軌道向外推動,增加日地距離,這也能減少接收到的太陽熱量。

此外,人類還可以換掉太陽。宇宙中到處都是恒星,僅銀河系中就有2000億顆以上。四分之三的恒星都是質量不足太陽一半的紅矮星,但它們的壽命非常長,可達太陽的成百上千倍。宇宙誕生至今也才過了138億年的時間,所以宇宙中還沒有一顆紅矮星燃燒殆盡。

紅矮星很好找,距離太陽最近的恒星就是一顆紅矮星,這就是位於4.2光年之外的比鄰星。相比於太陽,比鄰星更老一些,它的年齡估計為49億年。但對於比鄰星而言,它還非常年輕,按照它的質量為太陽12.2%來計算,比鄰星的壽命至少還有8萬億年。

根據天文學家此前的觀測結果,比鄰星周圍還有一顆潛在宜居的行星。未來人類可以移居到這顆星球上,也可以直接把整個地球搬到比鄰星系統中。

10億年的時間,對於宇宙而言實屬短暫,但對於人類而言足夠漫長。人類僅用兩百多萬年的時間就發展出科技,飛上太空,相信未來人類還會走得更遠,我們不會停下星辰大海的征程。


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