萬一地球突然決定不再公轉,我們最後的64天會是這樣

2021-01-18 果殼

圖片來源:123rf.com.cn正版圖片庫

炎熱的夏天又要到了,看著火辣的太陽,不禁想抽點時間想像一下:在一個沒有「年」概念的世界裡——地球由於某些原因停止了公轉——生命會是什麼模樣。

誠然,這個問題很奇怪,但最近我在思考的過程中簡直著了魔。並不因為它有什麼特別,單純是因為它(至少對我來說)很吸引,思考起來也很有意思。

如果宇宙裡伸出一根巨大的指頭,讓地球慢慢地停止公轉,會發生啥事兒?

沒啥好事。

來自己動手試試看吧。

(請點擊【閱讀原文】玩一下這個非常酷炫的模擬器)


現在試著點「重置」(Reset)鍵,拖動寫有「V」的圓圈來減少行星公轉的速度,再點擊一次「開始」鍵。會發生什麼呢?

如果你把行星的速度降到足夠慢,就能看到它撞向太陽了。


(你玩這個的時候,也可以試試下拉菜單中各種不同的場景,並觀察相應情境下的「重力之舞」——對,你會在上面花很多時間的。)

一些其他的模擬:更多請戳「閱讀原文」自己玩~



為什麼會撞向太陽?

想要知道撞太陽的原因,我們先來複習一下公轉產生的原因。每個仰望夜空的孩子,總會在某個時刻提出一個問題:「為什麼月亮不會掉下來呢?」答案非常簡單,雖然動用了牛頓那樣的偉大頭腦才被解決(或許天才的標誌就是能用簡單的答案回答孩子們的問題)。

如果牛頓來回答孩子們的問題,答案也許會是——月亮的確會掉下來。它在持續地下落。所謂繞軌道運行,其實是這樣一種狀態:你一直在下落,但卻一直在偏離你要落向的物體。在《銀河系漫遊指南》中,道格拉斯·亞當斯描述了飛行的秘密。「訣竅就是,」他寫道,「學習怎樣把自己往地上扔,並錯過著陸目標」。事實證明,這個描述也能極佳地解釋軌道內物體的運動狀態。

不過以下才是牛頓對這個問題的解釋:想像一下從某一高度發射一枚加農炮彈。如果發射加農炮彈的速度大,它在撞到地面前飛出的距離就遠。發射時炮彈速度越大,它飛出的距離就越遠。

牛頓解釋軌道運動。圖片來源:youtube.com

但是稍等——地球是圓的喔。這就意味著如果發射時初速度足夠大,它飛行的距離就可能遠到一種地步:當它理應撞向地面時,它下方的地面已經彎過去了。因此加農炮彈持續向地面下落,而地面也相應地繼續彎曲。這個情況成了無止境的自由下落——加農炮彈開始繞地球旋轉了!

所以,軌道運動與一般的自由落體運動的區別就在於,物體的速度大到足夠避開下落目標。想像一下在初速度為零的情況下扔下一枚加農炮彈,和將它發射到近地軌道的區別。

同理,如果地球的公轉速度全部消失,地球便會徑直落向太陽。它失去了避開太陽所需的速度。


停止公轉,奔向太陽

那麼這種「地球落體」的過程需要多久才會完成呢?

我會跳過演算步驟,直接告訴你得出的結果。大約過64天半,我們就會下落到灼熱的太陽中心。

不過別擔心,在這之前我們早就死透了。

地球落向太陽的過程是加速運動。它下落得離太陽越近,日光越強烈,因此地球的溫度開始上升。

下面這張圖描述了這64天半裡地球的平均溫度。


圖片來源:Aatish Bhatia

調整一下縱坐標,我們能看到,絕大部分的升溫都發生在地球的最後一天。


圖片來源:Aatish Bhatia

你能看出,很快情況就會變得不容樂觀。就讓我們開起更大的腦洞,腦補一下地球撞向太陽時會是怎樣的情況吧。下面就是我基於科學的實況報導《地球末日六十四天半》。


我們開始了跌向太陽的旅程。

經歷了6天的墜落,地球的溫度上升了約0.8℃,與1880年至今我們星球的溫度上升幅度相同。你也許還不怎麼覺得熱,但是變化馬上就要來了。

全球平均溫度上升了約10℃,到達35℃(95℉)。我們的地球正在經歷極端劇烈的全球性熱浪。這次溫度上升與2003年創紀錄的歐洲熱浪不相上下。農作物正在死去。

地球落體已經過了一個多月,我們已經走過了整個奔日路程的五分之一。日光又亮又毒猛烈到簡直不能忍,在視覺上也明顯增大。全球平均溫度達到58℃(137℉),已經超過了有記載以來的地球最高溫度記錄,也就是美國加州死亡谷測量到的56.7℃(134℉)。

對於地球上的大多數人來說,在沒有空調的情況下,地球已經沒法活了。到這個時候,電力基礎設施要麼捉襟見肘,要麼就已經停止輸出。森林火災在荒野肆虐,不能打洞或設法逃避酷熱的陸生動物正走向滅絕。

同樣地,昆蟲也受到高溫的影響並死去。持續升高的水溫導致魚類也慢慢死光,因為溫度較高的水所溶解的氧氣減少,而氨卻增多(氨對魚類有毒),整個水生食物鏈會因而斷裂、崩潰。

溫度過高以至於陸地上最耐熱的生物之一——撒哈拉銀蟻(Cataglyphis bombycina)都無法生存(它們能耐受53.6℃的高溫)。不過,撒哈拉沙漠蟻(Cataglyphis bicolor)到還能茁壯生長,它們可以耐受70℃的高溫。作為食腐動物,這種螞蟻以其它因酷熱死去的生物屍體為食——現在地球上到處都是它們的食物了。


「奔日」一個月後,撒哈拉沙漠蟻還能堅強地活著。圖片來源:natur-portrait.de


我們現在已經穿過了金星軌道。全球平均溫度達到了76℃(169℉),即使是撒哈拉沙漠蟻也因酷熱而無法存活。

然而龐貝蠕蟲(Alvinella pompejana)還在堅持著。這種神奇的生物能長到13釐米(5英寸)長,目前已知它能在80℃下存活。一般認為,龐貝蟲的耐熱超能力來自它們背上的一層羊毛狀細菌保護層,這層東西能夠起到隔熱作用。這種蠕蟲是科學界已知除了水熊蟲們(過一會兒就說到它們了)之外最耐熱的多細胞生物。


龐貝蠕蟲。圖片來源:EOL/flickr


我們剛剛脫離宜居帶,跟太陽系中既不過冷也不過熱、適合生物持續生長的黃金地帶說了再見。

在103℃(217℉)的高溫下,地球環境溫度已經超過水的沸點。地球上的海洋都正在沸騰了。液態水已無法繼續存在於地表的多數地方,水蒸氣包裹了這顆行星。如今地球上絕大多數,尤其是多細胞生物都已滅絕,連超級耐熱的龐貝蠕蟲都熬不下去了。超嗜熱生物(例如耐熱細菌)還能在海洋深處因水壓抑制水沸騰而存活(甚至良好地繁殖)。耐火植物還撐著沒有滅絕。

水熊蟲(Tardigrades)是已知存活能力最強的生物。天了嚕,這種生物甚至能在真空、極寒和太空強輻射環境中能存活長達10天。它們的的確確是地球最強的生存者之一。


身負隱生絕技的水熊蟲,在接近50天的當口仍然存活著。圖片來源:Bob Goldstein and Vicky Madden, UNC Chapel Hill

到了這個地步,水熊蟲可能才剛剛發現情況不太對勁。它們大概會減緩新陳代謝,蜷縮起來並自行脫水到體內水分降至原本的1%,以此自保。它們能在這種叫做「小桶狀態」的乾燥狀態下存活並休眠將近十年。


永別了,親愛的水熊蟲們。你們活得最久。雖然你們能在近乎絕對零度到151℃這麼可怕的溫度範圍內存活,但現在,地球的溫度已經超過160℃,連你們也會覺得太熱了。

我們已經飛過水星軌道,成為了離太陽最近的行星,離大結局還有一周。地球環境溫度已超過200℃。

地球終於來到了它生命的終點。由於地球速度在運動過程中累積到極大,近處太陽的引力也很強烈,我們將在這天下午1點時走完整段旅程最後的7%。太陽的引力太大,以致於地球前端受到的拉力遠遠大於後端。這種引力差,或說潮汐力,把地球拉成了橢圓形。巖漿從地殼的裂痕與縫隙中噴出。

這天的初始溫度是800℃,暖和極了。天空中的太陽有平常的14倍大。正午時分,溫度達到2000℃,足以讓巖石熔化。地表化成了巖漿。

十二點半,我們馬上就要走到頭兒了。太陽大到填滿了整個天空。地球已經越過一條有去無回的界限,洛希極限(Roche limit)。在這裡,太陽對地球造成的潮汐力大於地球對自身的約束。一旦越過洛希極限的半徑,重力造成的潮汐效應就會把地球撕裂成巖漿和熔巖構成的小點兒的球體。


經過洛希極限,地球將正式玩完。圖片來源:tumblr.com

這就是我們支離破碎的星球終於到達旅途終點——太陽時的境況。祝大家旅途愉快。


後記

在大家開始擔心地球會撞向太陽之前,先想想這個:地球的公轉線速度約是每秒30千米。換言之,想要達到上面博文中的狀況,我們得先撥停這麼大的速度。相比之下,難度稍低(也並沒有低多少)的情況就是,要是有隻上帝之手能推我們一下,讓線速度達到逃逸速度,也就是每秒42.1公裡,其實地球就能擺脫太陽的引力並成為一顆流浪行星啦!

呃,我寫這段的時候,本來真的是為了安撫你們的。

(編輯:Calo)




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  • 如果地球突然停止圍繞太陽公轉會怎樣?
    如果地球突然停止環繞太陽的運動會怎樣呢?比如地球撞上了一堵看不見的牆,當然這是完全不可能的,這是不會發生的。在我們開始想像地球完全失去軌道速度的恐怖後果之前,讓我們先來討論下其中涉及的物理學。地球以大約每秒30公裡的軌道速度圍繞太陽運動,這正是地球所需的速度來抵消來自太陽將其向內拉的引力。
  • 如果地球不公轉了,會發生些啥?
    如果宇宙裡伸出一根巨大的指頭,讓地球慢慢地停止公轉,會發生啥事兒?沒啥好事。來自己動手試試看吧。在下方的模擬器中點「開始」(Start)鍵。你就能看到一個行星圍繞太陽進行公轉。同理,如果地球的公轉速度全部消失,地球便會徑直落向太陽。它失去了避開太陽所需的速度。停止公轉,奔向太陽那麼這種「地球落體」的過程需要多久才會完成呢?我會跳過演算步驟,直接告訴你得出的結果。大約過64天半,我們就會下落到灼熱的太陽中心。不過別擔心,在這之前我們早就死透了。地球落向太陽的過程是加速運動。
  • 地球停止公轉會怎樣?
    停止公轉後,地球君還能活大約64.5天。第21天今天體溫已經升高了10℃,有35℃了。感覺身體一陣陣地發熱(全球出現極端強烈的熱浪,2003年的歐洲就曾經發生過這樣的事)。我好像還燒壞了人類的糧食(持續的高溫會讓農作物的生長出現問題)。第35天飛奔向太陽已經一個多月了,我們倆現在的距離縮短了20%。
  • 地球停止公轉和停止自轉,各會造成什麼結果?
    地球在繞著太陽公轉的同時也在進行著自轉。公轉使地球上產生了四季,自轉使地球上出現了白天、黑夜。人類能夠在地球上生息繁衍與地球的公轉和自轉有著密切的關係,也與太陽有著密切的關係。如果地球停止了公轉和自轉,地球絕不是僅僅沒有了四季和白天、黑夜,而是會發生翻天覆地的變化。
  • 地球停止公轉和停止自轉,各會造成什麼結果?
    地球在繞著太陽公轉的同時也在進行著自轉。公轉使地球上產生了四季,自轉使地球上出現了白天、黑夜。人類能夠在地球上生息繁衍與地球的公轉和自轉有著密切的關係,也與太陽有著密切的關係。如果地球停止了公轉和自轉,地球絕不是僅僅沒有了四季和白天、黑夜,而是會發生翻天覆地的變化。
  • 地球公轉一圈是365天,太陽系公轉一圈是多少天?科學家給出答案
    地球公轉一圈是365天,太陽系公轉一圈是多少天?科學家給出答案人類的科技在不斷的進步,我們現在已經知道了地球是圍繞太陽轉動的,地球圍繞太陽轉動一年的時間是365天,於是有很多人非常好奇,太陽系公轉一圈的時間是多少,科學家根據天文測算出來,最開始的時候是從太陽距離銀河系中心為2.6萬光年,然後利用圓周率的方法來計算的,科學家計算出太陽的軌道是16.34萬光年,一光年大約是9.46萬億千米,也就是1.73億億億千米
  • 地球公轉一圈需要365天,太陽公轉一圈需要多久?
    離太陽越近,公轉速度也越快,目的就是為了抵消太陽的引力,否則就會被太陽的引力拉扯,墜入太陽而毀滅。我們都知道,太陽系是因恆星太陽的誕生而誕生,它是太陽系的中心,八大行星以及其它小天體都要圍繞它公轉,而地球的公轉周期是365天,那麼太陽公轉一圈需要多久?可能少數人認為,太陽是恆星是固定不動的,它並沒有運動。
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  • 如果地球突然停止轉動,那麼會出現什麼樣的情況?
    有人腦洞大開,想問問地球如果突然停止轉動,會發生什麼樣的情況,我們的第一反應就是地球不會再有黑夜和白天之分,也沒有四季的變化。如果再深入想一下,地球就會失去公轉離心力的作用,從而加速向太陽墜落。情況僅是這樣嗎?
  • 假如地球停止公轉,以現在的技術我們都沒法逃離墜落太陽!
    一、地球停止自轉當然本文討論都是慢慢停止,不涉及各種突然停止之類,海平面從自轉時的赤道隆起回落,大氣回落,會造成風暴和海嘯,《流浪地球》中已經科普過就不再廢話了,我們來說說停止自轉和發射衛星的關係吧!二、停止公轉上文說了,環繞速度就是「離心力」和引力平衡的速度,地球在距離太陽1.5億千米的位置以約30KM/S公轉,此時兩者就是平衡的,如果低於這個速度,那麼會逐漸落向太陽到一個平衡點,但如果停止就沒法平衡了,因為這會直接落向太陽!
  • 有意思,假如地球停止了公轉以後...
    【每日科技網】   停止公轉後,地球君還能活大約64.5天。這是他在臨死之前寫下的日記……  第0天  上帝之手擋住了我。我好像還燒壞了人類的糧食(持續的高溫會讓農作物的生長出現問題)。  第35天  飛奔向太陽已經一個多月了,我們倆現在的距離縮短了20%。太陽看起來真是又大又刺眼。今天體溫已經達到58℃了,跟原來測得的地球史上最高溫56.7℃幾乎相同。感覺自己從來沒有發燒這麼嚴重過。
  • 如果太陽突然熄滅了,地球上的人類,還能堅持多長時間?
    然而,這種想法是錯誤的,因為人類文明發展的未來,還是在於太陽,我們如今在地球上面確實能夠製造出光和熱,但是這一切都依靠著地球上面的其他能源而已,而人類文明想要取得突破性的進展,就必須掌握和利用太陽這樣的恆星能源,才能讓我們人類文明真正的走出太陽系,不然,我們將只能永遠局限在太陽系內部。
  • 地球一旦停止轉動的話,我們生活在地球上的生物會怎麼樣呢?
    相信大家都知道,我們所生活的地球是無時無刻不再自轉著的,並且地球的自轉也是無時無刻的在變化著,而在這個宇宙中並沒有絕對禁止的物體,那麼有人就要大開腦洞了,之前小編看到過一個問題,那就是如果我們所生活的地球在某一天突然停止轉動了,那麼我們生活在地球上的生物會怎麼樣呢?
  • 地球繞太陽公轉,周期為365天。那太陽繞什麼公轉呢?周期又為多少?
    在太陽系的八大行星中,地球由近到遠處於第三的位置,地球自轉一圈的時間大約為24小時,地球繞太陽公轉一圈的時間大約為365天。離太陽越近,公轉周期就會越短,像離太陽最近(大約距離太陽5970萬千米)的水星,它圍繞太陽公轉一周的時間大約為88天。而離太陽最遠(大約距離45億千米太陽)的海王星繞著太陽公轉一周的時間大約為164年。
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