如果太陽內部核聚變反應停止,地球多長時間會陷入黑暗?

2020-12-04 探索浩瀚星空

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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。

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  • 像太陽這樣的恆星在內部核聚變結束後,會變成什麼?
    我們太陽系的核心是處於絕對主導地位的太陽,依靠著自身進行的核聚變,源源不斷地向外界釋放光和熱,為我們地球生命的誕生和生物世界的發展演化提供了不可或缺的物質和能量來源。太陽的演化歷史,是宇宙中絕大多數恆星共同具有的特徵,那就是在質量滿足一定範圍的條件下,所推動輕型物質向重型物質聚變的一個普遍過程,只是質量的差異造成了演化的最終結局不一樣而已。
  • 同樣都是核聚變反應,為什麼氫彈瞬間爆炸,太陽卻能維持100億年
    但是太陽內部的核聚變反應的時間要漫長的多。太陽的核聚變的反應不但已經持續了46億年的時間,而且未來還會穩定的維持大約60億年。為什麼太陽的核聚變反應能夠穩定維持100億年而不是瞬間爆炸完了呢?科地球上的海水中含有豐富的核聚變原材料,氫的同位素氘。科學家估計海水中的氘總量達40萬億噸。如果將這些氘全部用於核聚變反應的話,釋放出的能量可供人類使用幾百億年的時間。這塊能源實在是誘人,但是人類要想實現可控核聚變技術並不容易。像氫彈這樣的核聚變反應是不可控的。太陽也許能夠給我們啟發。
  • 太陽核聚變功率密度只有人體十分之一,怎麼可能發生核反應?
    我說的是太陽內部的核聚變反應,這種反應為黑暗的宇宙帶來光明,我們夜空中看到的所有星星,除了幾顆太陽系的行星,都是在持續不斷進行聚變反應的恆星。 這種反應發生在兩個氫原子之間。氫原子只有一個質子,兩個質子必須走到一起,合成氦原子核,才會釋放出巨大的能量,照亮黑暗的宇宙。
  • 氫核聚變結束之後,是否意味著核聚變就會停止呢?
    其它的元素形成機制基本都跟恆星有關,我們都知道,恆星是宇宙中非常普遍的一種天體,它們內部時刻進行著核聚變,給黑暗寒冷的宇宙帶來了些許光明和溫暖。當宇宙早期形成了大量的氫和氦之後,這些氫和氦的凝聚也開始形成恆星。而恆星的誕生徹底改變了宇宙的演化。我們都知道,恆星基本是由氫元素組成的,而恆星內部的核聚變也可以不斷將氫聚變成氦。這就是氫氦聚變,我們的太陽現在就進行著這樣的聚變轉化過程。
  • 如果太陽突然「熄滅」兩個小時,會給地球帶來什麼樣的影響?
    ,不僅文明會消失,而且連地球上的生命都保不住,太陽對地球生命如此重要,那麼假如太陽中途覺得「累了」,突然熄滅了兩個小時後又復燃,會對地球造成什麼影響呢?我們都知道日食吧,給太陽蓋上遮布其實就相當於發生一次大日食,只不過發生的時間由平時的幾分鐘增加到兩個小時,普通日食對地球幾乎沒有造成影響。
  • 如果太陽突然「熄滅」兩個小時,會給地球帶來什麼樣的影響?
    太陽是太陽系核心天體,對地球很重要,對太陽系同樣很重要地球不能失去太陽,一旦失去太陽地球會瞬間變成一顆死寂的星球,不僅文明會消失,而且連地球上的生命都保不住,太陽對地球生命如此重要,那麼假如太陽中途覺得「累了」,突然熄滅了兩個小時後又復燃,會對地球造成什麼影響呢?給地球帶來什麼樣的影響需要看太陽熄滅的方式是什麼,目前太陽的滅亡方式有兩種。
  • 太陽是可控核聚變嗎?不然的話為什麼不會爆炸?
    事實上,在茫茫宇宙中無時無刻都在發生著核聚變,時刻進行著核聚變的天體被人們稱之為恆星!太陽便是這樣的天體!根據科學家的推算,太陽內部的核聚變已經持續了近50億年,而且在未來大約50億年內仍將繼續。太陽將在這種穩定的核聚變下「燃燒」完自己的生命,然後膨脹成為紅巨星,再坍縮成為白矮星,最後完全冷卻,消失在黑暗中!
  • 太陽的核聚變鏈式反應
    除了氫(太陽的燃料),我們身體中的其他原子都是在超新星以及恆星核心之中融合而成的。不過,這個核聚變過程還是很複雜的,並且也很難,即使是在恆星的核心之中。例如,看似簡單的氫核聚變成氦,這是我們太陽的主要能量來源。通過簡單的計算可以得到,太陽核心的溫度約為300萬開爾文(開爾文K為熱力學單位,與攝氏度的轉換關係為:開氏度 = 攝氏度+273.15)。
  • 假如太陽突然熄滅,留給人類的時間會有多少?
    太陽其實是一顆恆星,它之所以放出光和熱其實是由於太陽內部不斷的核聚變,但是太陽內部的氫也有消耗完的一天,核聚變也有停止的一天,因此太陽也是有壽命的,只不過距離太陽死亡還有非常遙遠的距離。因此我們現在仍然可以享受著日出東方,日落西山的風光。不過,科學界免不了一些腦洞大開的研究學者,有人就提出了一個假設:假如有一天太陽突然熄滅了或消失了,地球會發生什麼?留給人類的時候還會有多少?