你是否有曾想過太陽要是某天突然不亮了怎么辦? 這天如同往常一樣,早上起床后發(fā)現(xiàn)明明是上午9點的時間,卻為何世界一片漆黑。 很快,手機里的新聞推送告訴你,科學(xué)家經(jīng)過一系列觀察證明,太陽熄滅了。 有人或許會想,太陽熄滅不應(yīng)該很快就能看見結(jié)果嗎?至少,它應(yīng)該是8分鐘。 如果從光速傳播的狀態(tài)來看,太陽熄滅給人類帶來的感受確實如此,但實際上對于太陽來講,這種感覺可能更加微妙,并且整個過程相當漫長。 當然,對于人類來講這是一個十分漫長的過程,對于太陽來講,10000年的時間或許根本沒有發(fā)生過。 等等,為什么是10000年?太陽光難道不是應(yīng)該8分鐘左右就達到地球了嗎,為什么還需要花費這么長的時間。 所以說,這就是為什么手機上的推送經(jīng)過了科學(xué)家的驗證最終才發(fā)到了你的手機上。 事實上我們現(xiàn)在所感受到的太陽光其實和太陽能量是兩種東西。 太陽光的內(nèi)容其實相當簡單,幾乎就是簡單的光子和粒子,但在這之前,它們經(jīng)歷了相當長的時間才從太陽里逃脫出來。 在這里我們需要簡單地了解一下太陽的運作方式,或者說它是如何進行工作的。 內(nèi)核是所有恒星運動的關(guān)鍵,太陽作為一個G序主星同樣也不例外。 核心區(qū)域的核聚變通過質(zhì)子-質(zhì)子鏈產(chǎn)生了能量,這個過程是將氫轉(zhuǎn)化為氦,因此核心是太陽里唯一通過聚變產(chǎn)生大量熱能的區(qū)域。 所以從這個方面來講,99%的能量在太陽半徑的24%范圍內(nèi)產(chǎn)生,一旦超過半徑的30%,這種聚變效果幾乎就會完全停止。 而太陽剩余的部分便會通過這部分能量被持續(xù)加熱,因為它通過許多連續(xù)的多層結(jié)構(gòu)向外轉(zhuǎn)移能量,最終到達太陽光球?qū)?/span>。 在那里,太陽將通過輻射,例如光子或者平流的形式逃逸到太空中。 簡而言之,我們在地球上所感知到的太陽能量便是以這種形式傳遞到地球中,而我們看見的光芒已經(jīng)是“二手貨”了。 那么前面我們說到的關(guān)于太陽熄滅的假設(shè),而它會經(jīng)過10000年到達地球,這又是怎么回事呢? 事實上關(guān)于這個問題,科學(xué)家并沒有給出一個嚴格的規(guī)定值,10000年,甚至10000年以上都有可能,這取決于太陽能量在其內(nèi)部爆發(fā)的狀態(tài)。 一般來講,光子誕生后便會以每秒300000公里的速度在太陽內(nèi)部飛竄。 直到它與一個帶電粒子產(chǎn)生碰撞,然后才會轉(zhuǎn)移方向。 由于太陽的密度從致密的核心部分到光球?qū)?/span>,這其中的變化差異十分巨大,密度變化差距達到數(shù)萬倍。 因此,光子可以在帶電粒子之間傳播距離從核心處的0.01厘米變成表面附近的0.3厘米。 科學(xué)家為了將其進行比較,所以大多數(shù)恒星假設(shè)中都有恒定的恒星密度,并且光子的“自由路徑”距離被規(guī)范至1厘米。 為了搞清楚這種變化過程,科學(xué)家將光子的這種活動表現(xiàn)稱之為“隨機游走問題”。 很明顯光子在太陽內(nèi)部太活躍、太不聽話了,正是在這樣一種規(guī)范之下,科學(xué)家將出發(fā)點距離假設(shè)為N的平方根,N代表隨即步驟。 那么在100個隨機步驟之后,走1公里大約需要100萬步,以此類推。 由于太陽的密度從核心到表面的變化又很大,所以一般都會把太陽內(nèi)部表示為嵌套的物質(zhì)殼集合。 也就是我們?nèi)缃癖容^熟悉的光球?qū)?、輻射區(qū)、對流區(qū)、內(nèi)部核心等等。 這樣一來,有了每個層區(qū)的平均密度,那么就可以通過計算來表示每個殼層需要走多少步。 在每一步的計算中,光子以光速傳播,并將此乘以所采取的步數(shù),然后得到每個殼層的時間。 經(jīng)過一番計算,科學(xué)家認為光子在太陽范圍的旅行時間大約在10000~170000年之間。 相比之下,中微子的速度就顯得十分快速,幾乎就是一瞬間,中微子到達太陽表面只需要2.3秒。 這是由于太陽中的熱量傳輸涉及到光子與物質(zhì)之間的熱力學(xué)平衡,而在太陽內(nèi)核中,這種能量傳輸?shù)臅r間尺度更長,大約是在30000000年。 即使太陽核心突然發(fā)生變化,太陽從中恢復(fù)過來也需要這么長的時間。 在這個過程中,太陽的每個伽馬射線光子一旦形成,在被吸收和重新輻射之前最多只會移動幾毫米。 所以當光子在碰撞的過程中,這種活動給予了能量,然后又會以隨機的方向和較低的能量進行重新輻射。 但是需要明白的一點在于,無論能量是否減少,光子仍然是以光速進行運動,直到它在反復(fù)的彈射過程中失去所有能量,最終達到太陽表面。 這種變化在太陽中的表現(xiàn)并不是均衡的,有的可能時間長一點,有的或許很快就結(jié)束運動了。 因而在這個過程中,太陽的光譜也會發(fā)生變化。 如果來到太陽表面的光子仍然具備很高的能量,那么它們將會產(chǎn)生更加平滑、漂亮的光譜曲線。 對于太陽來講,這種活動是持續(xù)存在的,因為它的核心的核聚變在維持著這一切。 從另一個角度來看,我們今天所感受到的太陽能量實際上是來自10000年以前的能量散射。 請注意這里不要將太陽光的光速運動給弄混了,還是再強調(diào)一下,光子仍然具備光速運動的狀態(tài)。 所以對于太陽來說,一旦它的顏色發(fā)生變化,那么它的內(nèi)核肯定會跟著改變。 結(jié)合前面我們所講的,太陽在熄滅后我們需要很長的時間才能感知。 但10000年之后,太陽的各種輻射都開始從光譜曲線中消失,X射線、紫外線以及更藍的光都會消失。 經(jīng)過170000后的冷卻,太陽的顏色會從黃色變成橙色,然后變?yōu)榧t色,最終成為深紅色,一直到它徹底變暗。 17萬年后,太陽幾乎不會再有可見光,更多的只有紅外光。 面對太陽的這種變化,我們地球會遭受怎樣的影響呢? 顯然,到了這種地步,太陽已經(jīng)沒有能量再來維持自身的運作,坍縮成了不可逆轉(zhuǎn)的事情。 至少在它轉(zhuǎn)變?yōu)榘装侵?,太陽多少還會有點熱量。 不過早在這之前,地球其實就已經(jīng)遭殃了。 太陽的熄滅反過來講其實就是恒星膨脹的一個過程,太陽光度會以每10億年增加10%的亮度。 一直到太陽成為紅巨星,此時的地球?qū)苯颖缓娓?,海洋會完全蒸發(fā),并被分解成氧氣和氫氣。 隨著水分的分解,地球的大氣系統(tǒng)也開始崩潰,最終暴露在地表的巖石會發(fā)生風化作用。 由于失去大氣層的保護,這種風化會直接遭受太陽風的影響,巖石風化過程會更加迅速。 很快,地球就會變得像火星一般。 如果你是想從另一個角度討論這個問題,太陽要是沒了光會怎樣? 至少在很長的一段時間內(nèi),地球會受到來自大氣層的保護,大氣層具有一定的保溫作用。 但是這個狀態(tài)并不會持續(xù)太長,可能2個月之后,地球表面的溫度便會下降到-123℃左右。 再過去2個月,此時的地表溫度便會降至-198℃。 這時別說遠古細菌了,幾乎任何生物都沒辦法在這種超低溫下生存。 值得慶幸的是,在此之前,太陽為人類準備了10000年的時間,至少我們還有機會探尋未來。 |
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