一年之內,宇宙會發生哪些變化?

2021-02-25 星空天文

與人的一生相比,宇宙是極其古老的。但即便是在短短一年中,那裡也會發生許多重大的變化。

Adolf Schaller

地球載著我們圍繞中央恆星飛行一周所用的時間,我們稱之為一年。在這一年裡,可能會有彗星到訪;可能會有流星雨光臨;可能會有太陽耀斑來襲。但除了這些顯而易見的改變外,宇宙中還有一些我們可能覺察不到的重要變化正在發生。

NASA

在人們的印象中,一年可能是比較長的一段時間。但是一年與存在了138億年的宇宙相比,只是一瞬間。太陽系、銀河系乃至整個宇宙在一年內所發生的變化是極其微妙和緩慢的,但最終會在大尺度上帶來明顯的變化。


地球自轉更慢了。

每年地球的自轉時間都會比前一年長14納秒。我們通常感覺不到這一點,但是如果等待足夠長的時間,四百萬年後,我們就不再需要閏年:那時的一年剛好是365天。

也就是說,在很久以前,地球的一天要比現在短得多:只有6到8小時。那時的一年有一千多天。

John Rogers

月球離我們更遠了。

這也是地球自轉的變慢造成的。地球和月球都在自轉,月球還圍繞著地球公轉。如果地球的轉速變慢,根據角動量守恆定律,地球就會失去角動量,因此必須產生某種形式的補償。由於月球在公轉,因此它就會離地球更遠,以便使一切達到平衡。

雖然月球每年只遠離我們一釐米,我們覺察不到這種變化。但是隨著時間的累積,這種變化產生的結果在6.5億年後是相當明顯的。屆時,由於月球離我們更遠,將不再有日全食,只有日環食。

NASA

太陽更熱了。

這只是平均來說。太陽變動產生的後果是相當嚴重的,但是它一年內所產生的變化還不足以導致地球上發生現在這樣的全球變暖效應。

每年太陽亮度的上升比例大約只有0.000000005%。但是時間久了之後,這種變化就明顯了。太陽每年要消耗10^17千克的物質,把它們轉化成能量。燃料的消耗越多,溫度就越高,核聚變的速度就越快,太陽的總體能量輸出也越大。10-20億年後,太陽將熾熱到足以使地球的海洋沸騰。這種由太陽帶來的全球變暖,最終會滅絕地球上的所有生命。

NASA

銀河系內又誕生了一顆比太陽稍小的恆星。

除了太陽系,銀河系內也在發生著變化。

銀河系星雲內,產星過程持續不斷地進行著。根據我們現在的認識,銀河系內恆星的產生率是每年0.68個太陽質量。這是個平均值。也許一個多世紀只出現一顆質量是太陽100倍的大質量恆星,也許一年內就會產生5顆質量極低的。產星是個漸進的過程,所需的時間尺度是百萬年以上。平均來說,我們銀河系每年會誕生一顆比太陽稍小的恆星。


NASA

NASA

目睹超新星在銀河系內爆發的機會又增加了。

我們通常認為,超新星爆發是一種極為罕見的現象。但是最近對河外星系內超新星的研究表明,銀河系內所含的II型超新星數量要比I型多四倍。因此我們在每個世紀內所能看到的超新星數量應該是2-7顆。

這個數字比我們以往所認為的要大。由於銀道面的阻擋,我們也有可能看不到這麼多,但是在我們每個人的一生中,至少有一次機會目睹超新星爆發。因此這個機率正在一年年增加。

ESA

宇宙更冷了。

宇宙大爆炸的餘暉是如此之冷:只有2.725K,幾乎接近絕對零度。這個溫度是138億年的冷卻結果,在那之前,宇宙的溫度足以電離原子,撕裂原子核,甚至能把質子和中子分解為夸克和膠子。但在更長的時間尺度上,宇宙的膨脹和冷卻仍將繼續,溫度也將繼續朝著絕對零度靠近。

一年時間可能沒多大差異。每年的宇宙微波背景溫度比上一年降低的數值只有2x10^-10K,但是這一步雖然微小,卻是無法回頭的。再過十幾個宇宙紀元後,我們可能根本檢測不到它了。

NASA

又有2萬顆恆星從我們的視野中消失了。

暗能量統治著宇宙,遙遠的星系正在加速離開我們。大約150億光年遠處,星系的後退速度超過了光速,因此它們發出的光線永遠也無法到達我們眼中。事實上,我們在宇宙中觀測到的97%星系都已經不在那裡了。即便是剩下的3%也在加速遠去。

平均每年有2萬顆恆星從我們的視野中消失,它們的光再也無法到達地球。我們能夠研究的恆星,每年都在減少。

NASA

宇宙的一生是極其漫長的,地球上的一年是極其短促的。但是萬物都在變化。只要我們仔細觀察,就能感受到時間的流逝。不僅在我們身邊,在我們這個世界。太陽系,銀河系,宇宙,皆為如此。

Ethan Siegel / 老孫
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