地球與太陽:同一片星雲的兄弟

2020-12-03 中國天氣網

地球和太陽形成於同一片星雲,太陽吸收了大部分物質,從而引力坍塌形成恆星,剩餘物質形成了其他行星,地球也是其中之一。地球作為我們賴以生存的星球,所呈現出的蓬勃生機與太陽是分不開的。太陽帶來四季變化、陰晴冷暖,還能影響地球上的生態。

沒有了太陽地球會怎樣

試想一下,如果太陽消失了,地球會變成什麼樣?

第一件能想到的,大概是沒有了光。

清晨醒來陽光已灑滿窗臺,傍晚時分,太陽又悄然落幕。這些習以為常的自然現象突然消失,不再周而復始,那我們將面臨怎樣的世界?

地球距離太陽約一億五千萬公裡左右,根據光的傳播速度來計算,當太陽離開地球,大約在八分鐘後,最後一縷陽光將從地球上消失。整個地球將陷入夜幕,失去太陽光源的月亮再也不會寧靜地懸掛於天幕,而是淪落為太空中一顆死寂的冰冷星球。

正如一杯滾燙的白開水放入冰箱後不會迅速變冷,地球也是如此。當太陽不再照拂地球,其地表溫度不會像黑夜那般降臨得如此快速和徹底,而是會慢慢降溫。有學者曾經預測,太陽消失後一周,全球平均地表溫度將降至-20℃左右,一年後則降到-100℃左右。《雪國列車》的窗外之景將成為現實。

回到地球剛剛失去太陽的時間,因陽光消失,陸地上的植物無法進行光合作用,將在幾周內迅速枯萎死亡。這好像是恐龍滅絕假說中描述的場景一般:因隕石撞擊而被帶入太空的水和灰塵無法迅速沉降,在太空中形成了一個厚厚的積層,導致地球的雲層變厚,太陽的光和熱量無法直射地球表面,隨之發生的便是氣溫急劇下降,植物無法進行光合作用,食物鏈出現中斷,大量動植物因氣候問題消失,恐龍也隨之滅絕,地球進入冰河時期。食物鏈基層的崩塌帶來的連鎖反應便是食草動物、食肉動物逐漸消亡,人類的食物也將越來越少。

除了陸地以外,海洋也將發生一系列的變化。由於缺乏熱量,地表溫度的下降讓海洋的表層開始凍結。早前有科學家發布大量的科學實驗數據稱,海洋中的藻類和浮遊植物群落默默吸收二氧化碳,釋放氧氣,它們通過光合作用所吸收的二氧化碳量是同面積陸地綠色植物所吸收量的5倍,而且它們釋放的氧氣,絕大部分會從海水進入空氣,數量大得難以想像。陽光的消失、冰層的隔離,讓人類賴以生存的氧氣也將越來越少。

如果太陽消失,首先,地球將陷入永夜,地表溫度開始下降,世界上不再有四季的變化,更別提熱帶、溫帶、極地的區別了。其次,因光合作用的消失致植物大面積死亡、海水湖水封凍、食物鏈中斷、淡水缺乏等諸多問題讓人類面臨生死存亡的難關。

當然,這一切不過是有趣的科學幻想,太陽突然消失的可能性幾乎為零。但通過此設想也能看出,太陽對於地球的重要性,它與我們生活息息相關,也讓我們的生命得以燦爛延續。

太陽與地球生態

在超過45億年的時間裡,太陽這個發光發熱的等離子球一直是地球上天氣、氣候和所有生命背後的驅動力,它驅動著地球上的天氣、洋流和水文循環。

看似很平靜的太陽實際上無時無刻不在發生著劇烈的活動。太陽由裡向外分別為太陽核反應區、太陽對流層、太陽大氣層。其中22億分之一的能量輻射至地球,成為地球上光和熱的主要來源。

光和熱,是太陽贈予地球最直觀的禮物。

因地球是一個球體,且存在繞自轉軸自西向東的自轉,太陽光照射在地球上時只能顧其一面,太陽的東升西落便是因為地球自身轉動,使太陽「均勻」地照耀地球的每一寸土地。東升西落帶來的是大地的晝夜交錯,這讓人們的日常生活更為豐富。試想,當你處於極晝或極夜的時空裡,你是否會感覺到一絲乏味?有光的同時也帶來了能量。植物需要陽光進行光合作用,草食動物將植物當作食物或又被食肉動物所捕獲,他們的能量來源都離不開太陽。

地球與太陽的距離大約為一億五千萬公裡,如此遙遠的距離下,太陽的「火熱」是如何傳遞到地球的呢?太陽的熱量來源於它內部的氫核聚變,所產生的熱輻射可以通過電磁波以光速向外傳遞能量,同之前說到的陽光一樣,熱輻射僅需八分鐘便可到達地球。太陽表面的溫度高達6000℃,即便通過傳遞損耗,到達地球的熱輻射依然高出人類所能承受範圍,而且被太陽照射的一面溫度可達上百攝氏度,而背面又是零度以下,這時大氣就起到了非常大的作用。月球沒有大氣層,所以月球的白天與黑夜溫差非常大,可以說是白天熱死人、晚上凍死人。當太陽的熱輻射「妄圖」直接輻射地表時,途中經過大氣層的阻擋,熱效應開始降低,地球強大的磁場也會阻擋照射到地球的熱輻射,從而降低抵達地球表面的溫度。同時,大氣層還能牢牢鎖住光熱輻射,不讓其發散到冰冷的太空中。就這樣,地球有了適宜人類生存居住的溫度。

太陽的熱輻射不僅讓地球有了溫度,也讓液態水成為可能,讓地球這顆藍色的星球更加迷人。因為太陽為水循環提供了動力,細菌、植物、昆蟲、動物、人類等所有生命都需要液態水才能生存。

什麼是水循環?它是指水在地球上、地球中及地球上空的存在和運動情況。太陽起到至關重要的驅動作用。首先,太陽的熱輻射讓海水升溫,一部分的水變成了水蒸氣,蒸發在空氣中。淡水湖和江河、植物甚至土地的水或水分也同樣存在蒸發現象。上升的氣流將水蒸氣帶到大氣層中,因遇冷,水蒸氣又凝結成雲。氣流驅使著雲圍繞地球運動,雲顆粒互相碰撞、不斷擴大並且變成雨、雪從空中落下。當天氣轉暖時,積雪或冰川融化沿地面形成徑流。一些地表徑流匯入江河、流入大海,還有一些在江河湖泊中積聚為淡水或滲透到深層地下,重新補充地下蓄水層。隨即又將開啟新一輪的蒸發、冷凝、降水、融化匯合等物理過程。

太陽與地球氣候

太陽促成了地球美麗豐富的生態環境,也為世界各地的人們帶來了不一樣的氣候體驗。

因太陽巨大的引力作用,地球除了自轉外,還按照一定軌道圍繞太陽轉動。同自轉一樣,地球公轉遵從地球軌道、地球軌道面、黃赤夾角、地球公轉周期、地球公轉速度和地球公轉效應等規律。正因如此,地球產生了四季和氣候帶。

地球公轉的方向為自西向東,是一種周期性圓周運動。它公轉一周所需時間,我們稱之為「一年」。地球自轉平面是赤道平面,公轉軌道面為黃道面,兩者構成一個23度27分的「黃赤交角」,也就是說,地球一直是歪著身子圍繞太陽公轉的。

地球公轉的獨特「姿態」,使得太陽直射點落在地球上時會在一年之中發生回歸運動,即在南北回歸線之間移動。夏至日(6月22日前後)太陽直射北回歸線,全球正午太陽高度從北回歸線向南北兩側逐漸遞減,北回歸線及其以北的地區正午太陽高度達到最大值,南半球各緯度正午太陽高度達到最小值,在直射點北移過程中,北半球晝變長,夜變短;春分、秋分日(3月21日前後、9月22日前後)太陽直射赤道,全球正午太陽高度從赤道向兩極遞減,全球晝夜平分;冬至(12月22日前後)太陽直射南回歸線,全球正午太陽高度從南回歸線向南北兩側逐漸遞減,南回歸線及其以南的地區正午太陽高度達到最大值,北半球各緯度正午太陽高度達到最小值,在直射點南移過程中,北半球晝變短,夜變長。正午太陽高度的變化和晝夜長短的變化便形成了地球上的四季更替和五大氣候帶。

太陽輻射在地球的分布,主要取決於太陽高度角,因為地球歪斜的姿態,太陽高度角隨緯度增加而遞減,這不僅影響溫度分布,還影響氣壓、風系、降水和蒸發,使得地球氣候呈現出按緯度分布的地帶性。科學家們根據這一氣候特點將全球劃分為熱帶、南北溫帶和南北寒帶。熱帶地區沒有極晝極夜,但有太陽直射;南北寒帶有極晝極夜;而溫帶既沒有極晝極夜,也沒有太陽直射。

除了氣候,海水也因太陽而產生了洋流。受太陽熱輻射影響,海水不斷經歷水循環而形成了密度不同的水團,再加上熱輻射加熱大氣後產生了風應力、地轉偏向力、引潮力等作用而發生的大規模相對穩定流動就被稱為洋流,它是海水的普通運動形式之一,也是地球表面熱環境的主要調節者。巨大的洋流系統促進了地球高低緯度地區的能量交換。洋流與所經流經區域之間,也通過能力交換改變其環境特徵。簡單來說,暖流增加溫度和溼度,寒流降低溫度和溼度,了解它對於研究大尺度海-氣相互作用和長時期的氣候變化,以及漁業、航運、排汙、軍事等行業都有重要意義。

太陽「臉上」的「小黑斑」——太陽黑子也對地球上的氣候變化產生影響。據說從漢武帝時期,我國就發現了太陽黑子的存在,一直到明朝後期,已經記錄了不下百次的太陽黑子群活動。科學家們綜合古今資料及精密觀察後得出一個規律,即太陽黑子的活動周期約為11年(前四年興盛,後七年衰落)。而在19世紀時,著名天文學家赫歇爾曾指出,地球上的降水、冷暖等都與太陽黑子活動周期有關。此後也有不少專家學者贊同這一觀點。例如,亞寒帶許多樹齡大的樹木,它們的年輪恰恰與太陽黑子活動周期有著相對應、有規律的疏密變化。同時,還有資料顯示,太陽黑子活動的高峰年,地球上反常天氣現象出現的機率就明顯增加。

太陽對地球的影響深入到方方面面,或許某一天人類的科技可以讓地球不再需要太陽,但那璀璨的世界必定不能完整保存。帶著地球流浪能在科幻中實現,但至少在今天,地球與太陽還是身處同一片星雲的兄弟。(葉珊杉)

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