本文參加百家號#科學了不起#系列徵文賽
作者:文/虞子期
人類社會的科學技術發展到現在,人們的生活渴求不再局限於滿足溫飽和社交,越來越多的人對充滿未知的宇宙話題開始感興趣。或許,對未知世界的好奇和探索,大概是所有高等生物的本能。而放眼整個宇宙空間,大家最為熟悉的構成部分,正是銀河系中以太陽為中心天體的太陽系。
地球是我們人類賴以生存的家園,而太陽則賦予了地球生命不可或缺的能量資源。所有宇宙天體都有自己的生命周期,而我們的地球和太陽也並不會例外。這也是為什麼科學家們會花很多時間來了解地球、太陽系,乃至銀河系之外的世界。
事實上,大約再過50到60億年的時間,太陽內部的所有氫元素將會面臨徹底耗盡的結果。於是,有人提出其他星球是否可以通過技術手段,從而發揮太陽原來的作用。比如,倘若我們將把海王星的大氣層引燃,它是否就可以成為另一個太陽?這的確是一個有意思的話題,我們可以從多個方面來進行分析說明。
恆星和行星的星體特徵是一回事嗎?
從星體特徵這個成面來說,太陽代表的是普通恆星,而海王星則是氣體行星中的一員。要說太陽與其他恆星有什麼不同,那大概只是因為它是與地球距離最近的一顆恆星。太陽是通過引力的作用凝聚而成的一種球狀等離子體,那麼,什麼又是等離子體?
簡單來說就是電漿,這是宇宙物質存在的第四態,另外三種分別是固態、液態和氣態。而海王星作為太陽系中的遠日行星,地球上的我們只有通過望遠鏡才可能看到它。包括海王星在內的所有行星,它們本身都原本是不會發光的。之所以我們看到的海王星有7.85等的亮度,完全是因為它一直圍繞著恆星太陽進行公轉運動。
海王星之所以能夠被定義為行星,首先是因為它圍繞著太陽系中心的太陽運轉。其次,雖然海王星的質量(大約地球質量的17倍)和太陽的質量(地球質量的33萬倍左右)相距甚遠,但它依然是一顆質量足夠大的氣體星球,並在克服固體引力之後讓自己的外觀接近球體。並且,在海王星的公轉軌道中,不存在比它更大的天體,也就是說海王星清除了軌道附近的區域。
為什麼太陽生來就自帶發光發熱?
其實,只需要你抬頭看看頭頂的這片星空,其中的大部分閃閃發光的星星,都是跟太陽屬於同類星體的恆星。之所以它們看上去遠不如白天裡的太陽那麼明亮而耀眼,只是因為我們的地球和這些恆星之間的距離太過遙遠。
相信大家都知道,光的傳播是需要時間的,所以我們此時眼中的恆星光茫,都是它們多少光年之前的樣子。在恆星的所有分類方式中,按光譜進行分類的認可度最高,而我們的太陽就是光譜為G2V的黃矮星。星體的類型確定了,意味著它的生命長度和演化階段也變得確定起來。
簡而言之,太陽這樣的黃矮星大概具有100億年左右的壽命。此時的你是不是疑惑:太陽到底還有多少年的時間可以照耀地球?在太陽的核心,會持續地進行核聚變反應,直至其內部的所有氫被耗盡為止。我們的太陽現在的大概已經有46億歲了,相當於人類中年時期的太陽,正處於其生命周期中最穩定的階段。
日冕、色球層和光層構成了太陽的氣氛,而陽光則是從太陽內層冒出來的太陽能量。厚度大約500公裡、位於太陽大氣最底層處的光球,便是能量到光之間的轉化得以實現的地方。那麼,你知道太陽的光需要多久的時間達到我們的地球嗎?這個問題的答案是八分鐘。
而總是讓很多人感到畏懼的太陽耀斑,其實也來自太陽的光球。太陽的色球層只會散發出微弱的紅光,我們只能在日全食期間觀察到它的紅色邊緣。而日冕則是只能在日全食期間才能看到的、位於太陽大氣層中的第三層,流向太空的氣體羽流會在冷卻之後形成太陽風。
為什麼海王星被引燃大氣層也成不了太陽?
雖然,海王星的大氣成分大約有80%的部分都是氫氣,氦氣可以佔比19%左右,而甲烷的含量大約有1.5%。之所以我們看到的海王星是藍色的,是因為它的大氣中還含有甲烷成分。海王星的平均溫度在負214℃左右,由於海王星和太陽之間的距離太遙遠,海王星從太陽那裡獲取到的熱量,遠不如該行星核心內部運動所產生的熱量更大。
或許很多人都有所不知,恆星能具有多高的溫度,主要取決於在它的輻射中佔據主要地位的波長,而500納米就是太陽輻射的峰值波長。不同於太陽氣氛的三層結構,海王星的大氣層可以分為兩個主要的區域,它們分別是會隨著高度增加而降低溫度、位於低層的對流層,以及溫度會隨著高度而上升的平流層。
雖然,當我們用肉眼的方式觀察太陽的時候,它看上去總是很平靜的樣子。但現實狀態中的它卻時刻都在進行劇烈的活動。不同於海王星,從太陽大氣層、對流層到核反應區都沒有真的安靜過,而到達我們地球上的輻射量僅為真實數據的二十二億分之一的樣子。
簡單總結一下:
為什麼海王星的大氣層被點燃也成不了太陽?
首先,其本身的結構和太陽這樣的恆星完全不同,即便我們將海王星的大氣層點燃,它也不具備核聚變反應的能力;
其次,雖然它的大氣層被點燃之後也可以燃燒,但是它所產生的能量完全無法和太陽媲美。兩者之間存在巨大的質量差異,可供燃燒的成分的總含量相去甚遠;
並且,就海王星和地球之間的距離來說,不僅需要更長的時間才能到達地球,其原本就微弱的能量也難以滿足地球的能量需求。