清晨一睡醒,温暖阳光就陪伴床边,对此我们已习以为常。你有没有想过,有一天,太阳会不告而别?首先澄清一点,太阳突然消失的可能性很小。不过这仍不失为一个有趣的科学设定。
太阳质量约是地球的33.3万倍,直径约是地球的110倍,它每秒产生的能量大致相当于1000亿颗氢弹。巨大的质量使之成为太阳系的无敌王者,它借助自身的引力把八大行星羁留在各自的椭圆轨道中。
太阳消失的那一瞬间,地球上的人类其实是毫不知情的,在大约8.5分钟后我们才会意识到这一可怕的情形。为什么呢?因为阳光抵达地球需要8.5分钟。这几分钟内,我们仍能看到悬在空中的太阳,然而那只不过是如同幽灵一般的幻像。
最后一批光线穿越过茫茫太空抵达地球后,地球将永远被夜晚所笼罩。人类家园被黑暗和极寒覆盖。皎洁的月亮失去了光源的依附,将立刻沦落为太空中一颗死寂的冰冷星球。
当地球再也享受不到阳光的亲吻时,植物立刻停止了光合作用,但它们不会立即死去。大多数植物将在几周内死亡。由于新陈代谢缓慢、储备了大量养分,一些大树或许还能存活几十年。但永久的黑暗意味着食物链根基的崩塌,食草动物、食肉动物以及人类的食物将越来越少。
太阳消失后,在出现食物匮乏这个严峻问题之前,人类先要担心如何在极寒天气中自保。电影《雪国列车》有一个情节,在这部暗黑系科幻电影中,一个人因违反列车规定而遭到惩罚,不得不把手臂伸到列车外,七分钟后手臂冻成了冰还被残忍地敲碎。
如果我们把一杯热腾腾的咖啡放到冰箱中,它不会马上冷却下来。同理,如果太阳这个最大热源不见了,地球表面温度的变化并不会像黑暗那样降临得如此快速和彻底。此外,在几百万年内,由于放射性元素衰变,地球内部仍会保持着至少比周边太空高的温度。
但是,地表的人类就惨了。太阳消失一周后,全球平均地表温度将降至大约零下20摄氏度,一年后则降到零下近100摄氏度。相较之下,《雪国列车》中的冰雪灾难简直不值得一提。
海洋的表层将完全冻结,由于寒冷空气被海面的冰层隔绝在外,再加上潮汐作用、火山活动和地热等因素的影响,海洋深处的海水将在数百万年内保持液体状态——还不至于被冻成实心的大冰块。而这里恰恰成为地球生命最后的安乐窝。
除了从太阳获得能量外,地球自身也储备了大量热量。深海处的洋底热液裂口不断发散出热量,维持着周边复杂生态系统的繁荣发展。哪怕太阳不复存在,这里的微生物仍将无忧无虑地生活下去,因为它们靠大洋深处的地热获取食物和能量,与太阳没半点关系。
再过数百万年,地球的温度将稳定保持在大约零下240摄氏度,此时从地球内核释放的热量将等同于地球辐射到太空中的热量。
地球大气层这个隐形保护盾也将崩溃瓦解。大气层中的不同成分会在不同时间冻结,如同分层的色彩不同的雪一样,落到地面上。
人类的“诺亚方舟”
如果技术允许,人类可以打造坚固的潜水艇或庇护所,在海洋最温暖的深处继续活下去。但更具吸引力的方案是,寻找由核能或地热供能的栖息地,例如,冰岛。这个岛国已利用地热为87%的家庭供能,这里的火山地热能源可供人们使用数百年。
但是除非人类能够及时打造出足够多的装备齐全的庇护所,否则少量幸存者也无法维系长久的繁衍生息,人类这个种族也就难以为继。
失去引力约束,地球开溜了
地球与太阳的另一层亲密关系体现在引力上。根据广义相对论,太阳消失后,地球也需过一段时间才能感觉到太阳引力的终止。爱因斯坦关于引力传播速度等同于光速的百年预言已得到证实。因此,在8.5分钟内,地球仍将在原先的公转轨道上运转。但接下来,地球将面临什么样的命运?
想象一下,在绳子一端绑上一块石头,然后抓着绳子另一端甩动,若突然松手,石块会沿着直线飞出去。地球的公转速度是每秒30公里,太阳引力消失后,地球的运行速度将保持不变,并且会像前面描述的石块那样继续向前运动,脱离原先的椭圆轨道,开始了艰难的流放之旅。
如果没有撞到其他行星、小行星或彗星,奔走了43000年后,地球将横跨4.3光年的行程(最近的恒星半人马座α星与地球之间的距离是4.3光年)。10亿年后,地球将在荒蛮太空中完成10万光年的游历(整个银河系的长度是10万光年)。
让人忧心的是,一个不小心我们这个小小的星球就可能被黑洞吞噬。或许,它会因另一颗恒星的“倾慕”而被拉进引力轨道中,重新开始一场不离不弃的爱恋。
太阳系大家族分崩离析
太阳消失后一周内,承受最大冲击的不是地球表面,而是太空。首先,日鞘将随之逝去。日鞘是太阳系外的边界,是保护整个太阳系免受大量辐射和粒子侵扰的磁场。日鞘溃散后,所有辐射将立即侵入太阳系。
与地球类似,原本被约束在各自公转轨道上的其它行星也将沿着直线各奔前程。太阳系这个大家庭就此分家了。
有趣的是,如果太阳突然消失,短时间内我们仍能观测到太阳系中的其它行星。
例如,木星距离地球最近时,两者相距约33光分,这意味着太阳失踪后一个多小时内,虽然这个巨型灯泡已然熄灭,我们仍然能够看到木星。原因在于,残余阳光抵达木星并反射回地球需要一个多小时的时间。
人类拯救病危的太阳
上图显示的是水星从容地掠过布满日珥和暗条的太阳盘面,几个人十分专注地观看着眼前水星凌日的景象,表情或凝重或沉醉,若有所思。如果太阳死亡,他们将再也看不到这一天文奇观。这是电影《太阳浩劫》中的一个片段。虽然某些情节缺乏科学常识,却是一部与太阳相关的精彩的末日电影,值得观看。电影设定的未来世界中,太阳的寿命已接近尾声,阳光不再普照,地球越来越冷寂。科学家们集结了地球上所有资源制造了一枚强力核弹,并希望把它射入太阳,让它重生。八人团队背负着拯救全人类的使命,乘坐飞船开启了飞往太阳的悲壮远征。
看看窗外,还好,太阳没出事,现世依旧美好。安心吧。
出品:科普中国
制作:鹰眼
监制:中国科学院计算机网络信息中心
“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。
本文由科普中国融合创作出品,转载请注明出处。