十九世紀的科學被兩個大難題給困住了,一個是太陽是為什麼一直會發光發熱,另一個就是地球的年齡,現代中學生都能回答的問題,實在把當年科學家給害慘了!
很多朋友可能很奇怪,這地下的熔巖和太陽的燃燒原理與地球的熔巖有啥關係?你別說,還真有關係,而且還是環環相扣!
太陽到底是怎麼發光的?
各位耳熟能詳的大科學家們對於太陽的結論,能讓各位笑掉大牙,比如發現天王星、繪製銀河系的赫歇爾認為太陽有一個發光的大氣層,但在其下面涼爽宜居,可以住人!德國醫生兼物理學家邁耶 認為太陽可能是燒煤的,蘇格蘭物理學家沃特斯頓認為太陽是坍縮帶來的熱量(地球的熱量很大一部分來自引力坍縮),還有科學家認為是小行星不斷撞擊等等。
一直到1920年代的英國科學家愛丁頓才給出太陽能量來源的靠譜猜測,他認為可能是氫元素聚變獲得能量,但後來發現太陽內核的溫度不可能讓氫聚變,結果尷尬了,太陽還在發光,科學家卻不知道為什麼,這個問題是伽莫夫解決的,他發現了量子隧穿效應,解決了太陽內核氫聚變的問題。
後來漢斯貝特搞定了質子鏈反應,太陽發光原理終於搞清楚,而從太陽光譜中發現的氦元素的豐度以及太陽內核溫度以及氫元素聚變的速度,大概就能計算出太陽的年齡和壽命了!
科學家發現太陽的年齡可能高達四十多億年,而未來也將有接近五十億年的壽命!
那麼地球的年齡又是多大呢?
關於地球年齡的故事其實要比太陽要多得多,因為《聖經》中大概就記載了地球的年齡,當然並沒有直說,而是通過各種邏輯無法自洽的描述,最終被愛爾蘭天主教會的大主教所計算出來,他認為地球是公元前4004年10月22日下午6時被創造的!
Oh,My God,這位大佬居然精確到了小時,看來還真花了一番心血,但很可惜這是個錯誤的答案,後來史前生物化石的發現,這又給了科學家們靈感,得到了大量化石的法國博物學家布豐根據化石歷史,認為地球的年齡大約在7.5萬年左右。
之後物理學家開始介入用科學的方法測定地球的年齡,英國物理學家開爾文勳爵根據地下巖漿冷卻以及地表散熱的速度計算地球的年齡,他假設巖漿溫度為3870℃,然後提出了一個冷卻模型,求得地球年齡大約為9800萬年,經過各種誤差修正後上限為4億年,看起來確實很科學,但錯誤太多,比如巖漿溫度才700-1200℃。
在二十世紀以前,科學家儘管腦洞無數,但沒有一個正確答案,而1896年對於放射性元素的發現,則為地球年齡測定開啟了一扇新的大門!
1898年居裡夫婦發現了放射性元素釙和鐳,並且同時發現鐳元素在衰變時會釋放大量的熱,1904年盧瑟福發表了關於放射性對地球溫度和年齡的影響報告,認為地球內部的放射性元素產生熱量能平衡自身的冷卻,並且由此開創出了一個新的領域,放射性地球年齡測定!
1907年,美國化學家博爾特伍德認為鉛是鈾放射衰變的最終產物,因而提出了「鈾—鉛測定方法」,原理很簡單,鈾元素會一路衰變到鉛,那麼根據其半衰期,然後再根據一路衰變下來的元素比例,然後再根據原始的比例,即可準確計算出地球的年齡!
鈾元素的衰變鏈
美國地球化學家克萊爾·帕特森最終通過將隕鐵中的鉛鈾比例設定為初始值,然後將地球巖石中的鉛鈾比例為終值,計算出地球年齡大約41-46億年!帕特森仍然不太滿意,反覆尋找樣品測定地球年齡,最終找到鉛含量極低石質隕石(確定都是由鈾衰變而來),測定的結果是45.5±0.7億年。
各位發現沒?這和太陽的年齡不謀而合!
地球內部的熱量來源
上文中提到了鐳元素衰變會釋放熱量,而地球內核中的鈾元素衰變同樣會產生熱量,而且在內核中難以散發,所以這些熱量會讓整個地球內核出現熔融態,溫度高達6000度,和太陽表面差不多,當然還有部分熱量來自地球的引力坍縮能,不過據估計,地球內核熱量有80%以上來自放射性衰變,而引力坍縮能則佔不到20%。
這一點非常重要,一個熔融態的高溫內核,其含有大量的鐵鎳質,這是導電體,而來自太陽風對地球的誘發磁場,則給了這個初始系統一個磁通量,導致了地球發電機的誕生,當然就是瞎猜而已,因為到現在科學家都還搞不清楚地球磁場到底是怎麼誕生的的哈!
但有一點可以肯定,熔融態內核很重要,未來涼涼了磁場必定消失!而磁場幾乎就是地球生命的保護傘,因為太陽的核聚變產生大量能量都從太陽表面輻射到宇宙空間,其大量離子狀態的氫原子核(質子),氦原子核,電子等衝向四面八方,當然也包括地球!
如果沒有磁場,這些高能粒子將直達地球表面,它會電離人體組織中的原子,造成DNA損傷,嚴重的可能會導致腫瘤甚至死亡!所以磁場可以說是人類的保護傘,它不僅保護了生命,還保護了大氣不被太陽風「衝走」,因為磁場偏轉了高能帶電粒子,避免了它們衝擊大氣原子,讓大氣原子獲得能量逃逸!
地球內核熱量導致板塊運動,火山噴發等等,它們都有可能是促成地球生命誕生的重要因素。
地球內核未來冷卻
地球內核熱量的主要來源是鈾元素的衰變或者其衰變產物的繼續衰變,而鈾-238半衰期是44.7億年,鈾-235是7億年,不是早已過半就是已經過半,下一個周期就是一半的一半,內核越來越冷,科學家預計再過23億年,內核的熱量將無法維持液態流動內核,磁場將會消失!
不過還有23億年,Who怕Who啊!