假如太阳突然消失,地球能支撑多久?

如题所述

第1个回答  2022-06-19

假如太阳突然消失,地球能支撑多久?

“万物生长靠太阳”,作为太阳系中唯一能给予地球源源不断能量的恒星,太阳对维持地球整体温度的稳定、推动各种生物正常生存和顺利繁衍具有无可替代的作用。虽然地球能够接收到的太阳辐射能量,仅占到太阳向外辐射总能量的几十亿分之一,但是这点对于太阳微不足道的能量,对地球特别是地球上的生物来说乃是异常的珍贵。然而,宇宙中的所有星体,也与地球上的生物一样,都有着“生老病死”的发展演化规律,如果太阳“老”去了,不再向外释放光和热,那么地球会怎么样呢?


需要先说明两个问题

当然,在回答这个问题之前,需要事先澄清两个事实:一是太阳不可能突然消失,按照其应有的演化轨迹来看,它的主序期还有30多亿年的时间,此后还将经历20亿年的漫长时光才会演化为白矮星,即使是到红巨星、白矮星阶段,也是会向外辐射能量的,只不过在到达白矮星阶段之后,由于内部不再进行核聚变,向外释放的能量会逐渐减少而已。


第二个事实就是即使太阳消失了,也不存在着地球能支撑多久的问题。作为一个行星来说,它的形成过程离不开恒星的功劳,而一旦形成之后,除非遭遇质量差不多的其它巨大行星撞击,或者被黑洞吞噬,否则会在宇宙空间中长时间的存在下去,并不会因为是否有恒星的照耀而产生根本性的改变,没有了恒星,大不了成为流浪行星,宇宙中也不乏这样的行星存在。可以肯定的是,如果没有太阳,地球没事,反而遭受灭顶之灾的是地球上的各种生物,因此题目中的问题,就相应地变更为地球上的生命能够支撑多久。


太阳为什么会向外释放光和热

主要原因就在于太阳内部会持续进行核聚变反应。太阳在诞生初期,在引力扰动的影响下,太阳系所在区域存在的大量星际物质,将会在一个核心处慢慢地进行聚集,这种聚集的过程,随着核心区物质的越积越多,波及的范围也越来越广,最终在有效引力范围之内超过99%的星际物质,都在不断增强的引力作用下,向核心处进行坍缩。


在坍缩过程中,星际物质之间不断地发生着膨胀和摩擦,由动能和引力势能所共同构成的星际物质内能,逐渐转化为坍缩后的热能,推动核心区域温度和压力的不断提升。当达到一定的温度和压力极限时,在量子隧穿效应作用下,氢原子中的质子就会有一定概率,能够突破原子库仑力的排斥而进入其它的原子核中,从而拉开太阳内部质子与质子链式核聚变反应的序幕。


在太阳内部氢核聚变(包括以后氢元素消耗完毕氦元素发生聚变)过程中,在形成原子序数更高的新物质同时,会释放出伽马光子、中微子和大量能量,其中伽马光子在太阳内部,被高浓度的离子态物质,不同程度地进行着反复的吸收-释放进程,从而所携带的能量会发生不同级别的衰减,最长的光子可能需要10几万年才能逃离太阳的束缚。最终,不同频率的电磁波共同组成了太阳光线,向宇宙空间中释放出去。


由于宇宙空间中的物质密度极低,所以热量基本上都是以热辐射的形式进行传递,传递过来的能量,再被行星表面的物质所吸收,从而提高了这些物质组成原子或者分子的内能,行星的表面温度会相应提升。

太阳进入主序期至今已经有50亿年的时间了,在这么漫长的时间里,之所以能够源源不断地、稳定地向外释放能量,一方面归功于太阳内部参与核聚变的氢物质比较丰富,太阳每秒钟因核聚变损失的质量大约有几百万吨,但这与它的总质量相比简直可以忽略不计。


第二个方面是太阳质量大小的恒星,其内部核聚变的程度,在所有恒星中处于中下等级别,不是非常剧烈,“燃烧”的速率较慢,不像有的大质量恒星,比如银河系中心区域密集的恒星,很多质量都比太阳太的多,然而它们的寿命也比太阳要短很多,基本上都是几千万年就到头了。

第三个方面就是太阳本身的稳定维持机制。太阳在主序期内,因核聚变产生的向外辐射压力,与外层物质向内的重力基本保持相对的平衡状态,即使有微弱的波动,也会通过自我调节功能,推动内部的温度和压力保持在一个相对稳定的状态,确保向外释放的光和热也始终处于不变的状态。


地球的“保温”机制

由于地球的质量,在太阳消失后(无论是真的完全消失,还是不向外散发热量)不会发生明显的变化,因此地球的万有引力,仍然能够有效地束缚住地球上的大气层以及各种物质,因此,地球的组成和结构并不会发生明显改变。在此背景下,地球的一系列“保温”机制,可以确保地球的温度,不会因太阳的突然消失而一下子降到非常低的程度,这种缓冲可以持续很长一段时间。

推动地球形成有效“保温”机制的因素,主要有这么几个:一是地球的大气层。其吸收长波辐射的能力要比吸收短波辐射强的多,而地球向外释放的能量,主要以长波辐射形式体现,所以,即使没有了太阳辐射的能量输入,由于大气层的存在,也可以强烈吸收来自地球的长波辐射,同时又将一部分吸收的辐射返回给地表,相当于给地球盖上了一层棉被。


二是地球的液态水。液态水的比热容要比固体物质普遍高出很多,也就是说贮存热量的能量更强。而地球上70%的区域都是被海洋所覆盖,这里蕴藏着大量的热量,在降低相同温度下,海洋所释放的能量要比陆地高出很多,在大气环流的作用下,这些热量会在地球失去能量输入的情况下,从海洋逐渐转移到陆地,从而使得地球的整体温度不会出现突然降低失控的局面。如果失去太阳,地球上的海水在从常温降到冰点之前,至少可以维持10天的时间。


三是地球内部有热源。地球的内核中含有大量的放射性物质,比如铀235、铀238、钍232等,在这些放射性物质衰变的过程中,会长时间的持续释放出相应热量。而且,从地球内部的圈层结构来看,由最里的地核、到中间的地幔、再到最外层的地壳,其呈现的物质状态依次为固态、固液混合、高黏稠的岩浆和固态,其中外层的固态岩层深度可以达到上千公里,这种结构也起到了很好的保温作用,使来自内核的热量向外散失的很慢。


地球上的人类,在太阳消失后能支撑多久?

虽然地球有上述3个重要的“保温”机制,但作为外部的唯一能量输入来源,太阳的消失,对于地球上的生命,包括人类来说仍然是天大的灾难,毕竟我们无法在天空中再复制出一个这样的“热源”来。

在太阳消失后的8分钟内,我们在地球上还没有什么感觉,因为无论是光线、引力波的变化,最高的传输速度都是光速,我们只有在太阳消失后的8分钟以后,才会真正感受到天壤之别,在这之后,地球将会进入无休止的黑暗。


当这种黑暗持续1周至10天左右的时间时,地球表面的温度将缓慢降至0摄氏度左右,地球上的各种液态水,包括江河湖海会逐渐进入冰封时期,不再具备高比热容的优势,此后地球的温度将会呈现急剧下降的趋势。在此阶段,地球上的很多植物,因为没有了光合作用的能量来源,几乎枯萎殆尽,只有那些较大的植物缓冲能力较强,勉强缓慢支撑着新陈活动的进行,地球大气层中的氧气含量也开始逐渐减少。



当太阳消失1年之后,地球表面的温度将下降到零下150度到零下200度之间,由于地球内核还会持续进行放热,所以地球的整体温度不会再继续下降。地球大气层中的氧气含量进一步降低,陆地表面早已经不适合人类生存了,此时必须转移到地下,依靠地核散发的热量来进行“取暖”,同时还得考虑氧气供给问题,大型制氧设备的研发使用势在必行。


如果人类没有找到适宜的其它行星,也不具备星际移民的条件,那么就只能在黑暗的地下度过漫长的岁月,直至地核完全冷却,人类文明也将走到尽头。在地球上能够陪伴人类的生物,也只能是处于深海底部,依靠释放出来的热量生存的厌氧生物了。


当然,我们人类肯定等不了太阳消失的那一天,在太阳演化进程中,当达到红巨星阶段时,一次氦闪就会足以使地球的大气层剥离,还谈什么太阳消失呢?在几十亿年之后,如果人类还存在的话,那么随着 科技 的持续发展,说不定人类早已经提前进行星际移民了呢。

如果太阳突然消失,地球会变成什么样?

太阳消失的8分钟后

地球将失去太阳光,陷入黑暗,人类只能用电能照明或者生火。没有了太阳光的反射,其他行星也会一个接一个地消失在黑暗中,我们将再也看不到灿烂的太阳系。太阳消失了,对地球的引力同时也会消失,地球将会以每秒29公里的速度进入太空,假如地球没有与其他任何行星或小行星发生碰撞的,也没有被吸入黑洞,它将会沿着直线移动4300年,直到进入另一颗恒星的轨道。植物需要阳光才能进行光合作用,在没有太阳的情况下,地球上的大多数小植物会在几天内死亡,而较大的植物能依靠自己缓慢地新陈代谢再存活几年到几十年,但我们暂时还不会面临缺氧的情况,剩余的氧气足够供人类和动物们再呼吸一千年。

太阳消失的第一周内

如果没有热源的话,地球很快就会冷却下来,大约会下降到0摄氏度,但考虑到我们拥有的燃料,在最初的几个月里,没有了太阳,我们也还可以依靠地球上剩余的燃料取暖。

太阳消失的第一年

地球的平均温度降下降到零下150度,但这还不是最低的,直到稳定在零下240度。如果我们还无法离开地球找到个宜居星球的话,我们和其他生物生存的唯一方法就是深入地下,靠近地核,但这需要大量的挖掘工作。在极端环境下,海洋表面会变成一个巨大的溜冰场,但也只是看起来而已,冰层可能很薄。无论如何,地球上的液态水还是会持续存在数十亿年的,因为地核的温度依旧很高,生活在海底最深处,比如说马里亚纳海沟的深海动物可以长久的存活下来,因为它们不需要光合作用,只要水是液态的就能满足它们的生存条件。


太阳是一颗恒星,现在大约是45.7亿岁,还处于核聚变的稳定期,我们可以形象的描述为中年阶段,在这个阶段,太阳可以稳定地释放光和热,表面温度变化很小,但是随着太阳内部的氢和氦不断被燃烧,太阳就会发生引力收缩,引力收缩会导致太阳的外围不断扩大,而内部缩小,释放出大量的光和热。根据它的质量,科学家们估算太阳大约还有50亿年的寿命。50亿年后,太阳开始进行氦核聚变,体积将会猛烈膨胀,形成红巨星。最终,太阳的外层会脱离引力束缚,弥散到空间中,成为行星状星云。由于没有核聚变反应产生辐射压来抵挡引力坍缩,太阳的核心会被重力压缩成白矮星,平均密度可达液态水的100万倍。如果那时还有地球,它还会继续绕着成为白矮星的太阳公转。


在太阳这个死亡过程里,地球的命运是不确定的,当太阳成为红巨星时,它的半径会是现在的200倍,表面可能将膨胀到地球现在的轨道。然而,在太阳成为一颗红巨星的同时,由于太阳风的作用,太阳已经流失了30%的质量,地球和其他附近行星的引力会减弱,所以地球的轨道会向外移动,如果这样,地球就可以在太阳的死亡过程中幸免于难。但即使地球能够逃脱被太阳焚毁的命运,地球上的水可能也会被蒸发殆尽,大部分气体都会逃逸到太空中,地球表面温度上升,所有生物也都难以逃过灭绝的灾难。


而这些会在10亿年后发生。大约10亿年后,太阳的热度将比现在热10%左右,对于地球来说,就是灭顶之灾,我们都知道,在太阳系中,金星和地球都处于宜居地带,不过金星的表面温度却有400多度,而10亿年后的地球,非常有可能会变成第二个金星。地球的生态系统也会全面崩溃。而这还只是太阳进入老龄化阶段后的一个开始,未来辐射和热量会增加得更猛烈。10亿年之后,太阳随便发生一次耀斑,都可以让地球上所有的卫星通讯等全部被摧毁,而且随着太阳的年龄越来越大,太阳还会如同《流浪地球》中那样,发生氦闪现象,这有多恐怖呢?地球的天然保护伞——大气层,也都会在氦闪的袭击下全部被摧毁。到时候,地球将彻底变成一颗火球,再也没有办法孕育生命。

那么,未来人类会去往何处呢?或许在未来,人类已经找到了其他可宜居星球并进行了星际移民。

太阳是太阳系的绝对老“大”,它的质量占了太阳系的99.8632%。它巨大质量产生的引力将太阳系中的其他星体束缚在周围。

图:太阳系示意图

太阳当然不可能突然消失的,当然,可以假设这一情况发生。

在太阳消失大约8分19秒(平均时间)后,地球上的人就会感受到极端的黑暗,同时,地球会失去太阳引力的束缚,以每秒大约29.78千米的速度飞向太阳系外部,就像扔出去的链球一样。

地球成为了一颗星际行星。星际行星是一种有行星质量大小的,但不围绕恒星运行的天体。这样的行星实际上是很多的。据估计,光木星大小的星际行星就是恒星数量的两倍。月球也会跟随地球飞行,依然是地球的卫星。

图:星际行星想象图

由于没有了阳光的照射,地球的温度会迅速下降。宇宙的背景辐射温度约为3开,地球的温度会下降到这个温度吗?答案是不会!温度会比这高很多。

由于地球的大气并不会消失,浓密的大气会阻止地球温度的大量和快速损失。地核内部的热量大约有80%是由同位素衰变提供的,所以,地球本身会提供大量的热量。地核的同位素衰变可以提供上百亿年的热量。月球也没有失去,潮汐力会使地球的物质发生摩擦,这也会提供一些热量。地球表面的温度大约会冷却到零下100多度。



海洋会结冰,冰层的厚度可能会有上千米厚,但下层亦然会是液态的水。海底火山周围依然能够有生命生存。

如果人类在太阳消失前10年知道了这一切,并发展出核聚变反应堆,人类依然会生存下来。可以建立深入地底数千米的洞穴,利用核聚变和地热能提供能量。人类文明甚至可以继续发展……

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