人們常常會思考人類文明未來將何去何從。關於這個問題,客觀地說,人類相對於地球、太陽系、銀河系而言,實在太渺小,只能被動接受它們的安排。
其中,無論是地球,還是太陽,它們的一些變化就有可能引發整個人類的滅絕。今天,我們來聊一聊太陽的變化和人類宿命之間的關係。
太陽
在古代,人類就已經對肉眼可以看到的天體進行了簡單的分類,會動的天體有五行和二曜,五行是金星、木星、水星、火星、土星,二曜是太陽和月亮。其餘的天體被稱為星星,因為它們就像是天空中的燈塔一樣閃耀,但卻不怎麼運動,好像是鑲嵌在天球上一樣。
隨著人類科學水平的發展,對於天象的認識也在一步步地提升。於是,人類對於天體的分類也發生了變化。比如:二曜中,太陽是恆星,月球是地球的衛星。還有冥王星被踢出9大行星的原因是人類對於行星和矮行星的再定義。再比如,天球上看到的發光天體並不都是恆星,也可能是星系。
在牛頓提出萬有引力定律後,人類也才搞明白太陽才是太陽系絕對的主宰。恆星這一類天體都是大傢伙,否則成為不了恆星。為什麼這麼說呢?
這要從太陽的發光發熱說起。如今我們知道,太陽燃燒依靠的是核聚變反應。但問題來了,太陽主要是氫原子和氦原子構成的。
氫原子和氦原子的核聚變所需要反應條件都特別苛刻,就拿氫原子來說,我們在地球上很難直接引爆一顆氫彈,而是要先引爆一顆原子彈,原子彈可以製造出高達1億度以上的溫度,這時候才能促發氫彈爆炸。
氦原子的核聚變反應條件要比氫原子的核聚變條件還要苛刻,所以促發氦原子的核聚變反應的條件要更苛刻一些。要知道,太陽內核的溫度只有1500萬度,這個溫度要遠遠低於1億度。所以,按常理說,太陽是不應該發生核聚變反應的。
不過,太陽這類天體,也就是恆星,有它們自身的辦法。具體來說,就是利用自己體型取勝。我們知道,恆星都很大,尤其是質量上。太陽的質量佔據了整個太陽系總質量的99.86%,是地球質量110萬倍。
質量一大,引力就會非常大,引力一大,太陽內核的溫度就會在引力的擠壓下上升,達到1500多萬度。(這裡補充一點,有些質量巨大的恆星,可以直接讓自己內核溫度達到1億度以上,直接就引發氫原子核聚變反應)
就像上文說到的,太陽內核這個溫度是不足以促發核聚變反應。但是由於溫度達到1500萬度,這時候原子的核外電子獲得足夠多能量,就會擺脫原子核的束縛。
所以,太陽的內核呈現的是等離子態,電子,氫原子核,氦原子核,光子到處亂串,就像一鍋粒子粥。
核聚變的本質是需要氫原子核(也就是質子)之間相互融合。這其實是需要大量能量介入來促發的。太陽的溫度是不夠的,但是在微觀世界中,存在著量子隧穿效應,這個量子隧穿效應的意思就是說在宏觀世界中需要輸入能量才能發生的事情,在微觀世界中也有一定的概率會發生,只不過這個概率極其低。
不過,因為太陽足夠大,粒子數足夠多,因此,再低的概率乘以太陽的內核的粒子數也是一個很高的概率。因此,太陽可以促發核聚變反應。
太陽與人類未來的宿命
核聚變反應過程中,太陽會損失一部分的質量,這部分質量以能量的形式是釋放出來,同時核聚變反應會產生向外的壓力,這個壓力會和引力形成動態平衡,以確保太陽不會在引力的作用下坍縮。
但是隨著時間的流逝,太陽的質量損失的越來越多,這意味著引力就會變弱。這個時候,引力束縛核聚變反應的能力就變弱。於是,隨著時間的流逝,太陽核聚變的強度也在提升,向外輻射的能量也越來越強。
我們地球能量主要來源是太陽的輻射,這就意味著,地球的溫度會因為太陽輻射強度逐漸變強而逐漸升高。科學家發現,再過5億年,地球的溫度會因為太陽輻射增強而升高到地球植物無法承受的地步。因此,5億年後,地球的植物就開始大規模的滅絕。那這對人類有什麼影響呢?
客觀地說,如果地球上的植物都滅絕了,那人類也肯定滅絕了。要知道,人類其實也是食物鏈的一環,植物通過光合作用把太陽輻射的能量轉為成自己能使用的能量,而食草動物會吃食物,食肉動物會吃食草動物,這樣一級一級發生著能量傳遞,每增加一級,能量都會遞減。人類是食物鏈的頂端,而植物是食物鏈的基礎。但植物滅絕了,食物鏈也就被摧毀了,人類就會因此而滅絕。
更不要說10億年後了,因為那個時候的地球溫度會升高到讓地球上所有生物都無法生存的地步。因此,到那個時期,地球上連微生物都會消失,成為一個荒漠。
50億年後,太陽會把自己內核的氫原子會消耗殆盡,核聚變反應幾乎熄滅。這時候,太陽內核會再次在引力的作用下收縮,擠壓內核,溫度開始升高。而太陽的外層這會膨脹開了,使得太陽成為一顆紅巨星,到那個時候太陽會把水星和金星吞噬,地球會處在太陽大氣的位置。
太陽的內核則會促發氦原子核反應,生成氧原子核和碳原子,最後把氦原子燒完,慢慢冷卻,最終成為一顆白矮星。