本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
138億年前,一個密度無限大,質量無限大的神秘奇點因為某種未知的原因而發生了爆炸,於是宇宙誕生了。在宇宙大爆炸發生的一瞬間,時間、空間、各種物質同時迸發而出,也就是在這一瞬間,構成宇宙物質的基本單位「基本粒子」形成了,隨著基本粒子的出現,質子和中子逐漸形成,不過,這個時候宇宙間還沒有元素。
宇宙的「基本粒子」隨著宇宙大爆炸誕生之後,又經過了數十萬年的演化,才形成了宇宙最初的元素氫和氦,其中氫佔到了宇宙總質量的90%,這個時候的宇宙還沒有其它元素,更沒有各類天體,那麼其它的上百種元素是如何形成的,其實大部分都是由氫演化而來。
想要將氫演化為其它各種元素,需要一個加工廠,這個加工廠就是我們現在熟悉的恆星。恆星是宇宙中最早誕生的一類天體,它的核心處是一個核聚變反應堆,通過核聚變反應不斷將宇宙中的氫元素轉變演化為其它的元素,而宇宙有了豐富的元素才有了後來多姿多彩的宇宙世界,才有了地球生命的誕生,有的人類的誕生。
而太陽系之所以能夠形成,能夠在地球上誕生生命,誕生人類,最重要的一個因素就是有恆星太陽的幫助。正是由於地球處在宜居帶,得到了適宜的陽光和溫度,才有了美麗的生態環境,才能夠成為生命星球。從某種角度來說,太陽就是地球生命之母,沒有太陽就沒有地球生命的誕生,更不會有人類的誕生。
所以,人們很害怕太陽有一天突然熄滅永遠不再亮起,那個時候的地球將會迎來末日。可能古時候的人們會認為太陽是永恆不滅的,可是當人類走進科技時代之後,對太陽的本質有了了解之後,我們才明白,太陽雖然壽命無比漫長,但並不是永恆的,再過50億年左右,太陽將會熄滅,成為一顆白矮星。
有人曾經提出這樣一個問題:如果太陽內部的核聚變反應停止,地球多長時間會陷入黑暗?可能很多人會說,這麼簡單的問題小學生也會計算和回答,太陽到地球的距離約為1.50億千米左右,而光在真空中的傳播速度是299792458米/秒,計算後得出光子到達地球的時間約為8分鐘。所以,太陽熄滅後,8分鐘之後地球將陷入黑暗。
可能很多人覺得這個答案是正確的,事實真是如此嗎?如果是太陽表面熄滅之後,最後的光子8分鐘之後到達地球,那個時候地球也會陷入回答是正確的。可我們討論的是地球內核處的核聚變反應停止,也就是內核先熄滅了,地球還會在8分鐘之後陷入黑暗嗎?答案是否定的。
可能有人覺得,光子的速度可是光速,以這樣的速度,光子從內核到達太陽表面那還不是一瞬間的事?可事實上卻完全不是這樣,要弄明白這個問題,我們需要對太陽的結構有一個基本的了解。太陽內部雖然有著大量的氫,但是它卻是一個巨大的實體天體。
太陽既然是實體結構,自然也有著自己的明顯分層結構,任何一個天體它都有一個神秘的內核,太陽自然也不例外。太陽的內核是一個密度非常大的結構,其密度約為水的150倍,這一點其實很好理解,天體內部的壓力是隨著深度不斷增加的,到達內核處是壓力最大的地方,所以這裡往往都巨大的壓力壓縮成非常緻密的結構。
如果是普通的實體天體,它的內核會是一個緻密的核心,可是太陽是一顆恆星,它的內核也發生了改變,那就是點燃了核聚變反應,成為了一個核聚變反應堆。而內核處通過核聚變產生的光子,想要最後到達太陽表面,可不是那麼容易的,它需要穿透層層緻密的結構。
科學家研究發現,太陽內核的核聚變反應產生的光子的平均自由行程約0.1MM到1CM左右,這個速度跟光速比起來就是龜速,而光子想要跨越將近70萬千米的厚度到達表面約需要5200年-52萬年之間。可見,光子想要逃出太陽的束縛也是拼了命才是跑出來,而且還需要漫長的時間。
通過以上的了解,相信朋友們已經明白了,太陽內部核聚變反應停止之後,雖然內核熄滅了,但是內核產生的光子需要至少5200年的時間才能到達表面,在這個時間當中,太陽表面仍然還在發光發熱,不會熄滅,地球也不會很快陷入黑暗。
當然,太陽的內核核聚變反應停止之後,雖然太陽表面還沒有熄滅,但是太陽仍然會發生一些變化,最明顯的就是體積會不斷膨脹,變得越來越大。事實上,等到太陽內核的核聚變所需的氫燃燒快要消耗完的的時候,太陽向紅巨星的膨脹已經開始了,並不會等到內核完全停止核聚變反應的時候。
等到核聚變完全停止之後,太陽的膨脹速度有可能還會加快,到了這個時候水星,金星的軌道會被吞沒。地球的軌道也無法生存了,地球生命和人類想要安全生活下去,有兩個方法,一個是人類移民到更遠一些的行星之上,比如火星。如果火星軌道也不安全的時候,只能向太陽系邊緣的行星移民。
第二個方法就是帶著地球一起離開,如《流浪地球》中的那樣,將地球改造成一個可以移動的星球,然後離開太陽系。事實上,隨著太陽膨脹的開始到最後的熄滅,人類想要真正安全生存下去,最好的退路就是離開太陽系,去其它的星系移民。
當然,想要實現星際移民,需要超強的科技實力。不過,太陽現在還是中年時期,它還有50億年左右的壽命。即使10億年之後太陽開始膨脹威脅到地球,那個時候的人類科技有可能已經非常強大了,或許已經成為縱橫銀河系的星際文明。有了強大的實力,自然向其它星系移民也不是什麼難事,因此,太陽生命的終結並不會威脅到人類的生存。
小夥伴們,你們對此有何看法?歡迎大家在下方留言討論,發表自己的見解和看法。