太陽(yáng),它是地球上一切生命活力的源泉。因此,我們都明白太陽(yáng)對(duì)我們的太陽(yáng)系而言意義非凡。
于是,有人突發(fā)奇想,提問(wèn)道:如果太陽(yáng)“熄火”,我們需要多久才能發(fā)覺(jué)?大家下意識(shí)的反應(yīng)往往是8分鐘多一點(diǎn),然而這個(gè)問(wèn)題的答案并非如此簡(jiǎn)單!
8分鐘并非一個(gè)完滿(mǎn)的科學(xué)解答!我們今天來(lái)重新深入剖析這一問(wèn)題,以期提供一個(gè)讓你們滿(mǎn)意的科學(xué)解答。
太陽(yáng)釋放的能量波及整個(gè)電磁波譜,從低頻的無(wú)線電波到可見(jiàn)光,再到高頻的X射線(只是納米波長(zhǎng)中的一小段)。太陽(yáng)的表面在高達(dá)5800開(kāi)爾文的溫度下燃燒,這個(gè)溫度足以融化(或者升華)我們所知的幾乎所有物質(zhì),包括鎢、鉆石以及所有化合物。
我們地球恰巧與太陽(yáng)保持了1.5億公里的距離,不多不少,一切顯得那么巧妙。
但若太陽(yáng)的核聚變停止,我們多久后能發(fā)現(xiàn)這一變化呢?
多數(shù)朋友只知其一,不知其二。此問(wèn)題存在兩種解答方式,接下來(lái)我將逐一為各位解答。
若將任何物質(zhì)加熱至5800開(kāi)爾文,它便會(huì)如太陽(yáng)一般發(fā)光,如同家用電燈一般。舉例來(lái)講,如果我們突然大幅降低太陽(yáng)的溫度,使其不再發(fā)光,那在地球上,我們需要多久才能發(fā)現(xiàn)這一變化?
在這種情況下,太陽(yáng)驟然不發(fā)光,或者說(shuō)是被徹底遮擋。我們要認(rèn)識(shí)到的一點(diǎn)是,當(dāng)你“關(guān)閉”太陽(yáng)時(shí),太陽(yáng)最后的光線還在以光速向我們飛馳而來(lái)!因此,基于地球的運(yùn)行位置,我們將在不到8.5分鐘的時(shí)間內(nèi)迎來(lái)夜空。在這一刻,太陽(yáng)會(huì)從原本的耀眼光芒驟然降至零亮度。這是我們最常聽(tīng)到的那個(gè)答案,簡(jiǎn)潔而富有趣味。
然而,上述情況僅是理想狀態(tài),實(shí)際上沒(méi)有任何事物能讓太陽(yáng)瞬間降溫。
若你尋求一個(gè)更加實(shí)際的科學(xué)解答,那么來(lái)看看下面這種情況:
假設(shè)太陽(yáng)內(nèi)部的核心核聚變突然停止。
這會(huì)更加有趣,也更加貼近現(xiàn)實(shí),當(dāng)然也更加難以解答。讓我們探索一下太陽(yáng)內(nèi)部會(huì)發(fā)生什么。
太陽(yáng)的核心,也就是四分之一深度的地方,溫度遠(yuǎn)超5800開(kāi)爾文,大概在1500萬(wàn)開(kāi)爾文左右。在太陽(yáng)內(nèi)部,每秒鐘約有6.2億噸的氫被轉(zhuǎn)化為氦,同時(shí)釋放的能量等同于18億顆史上最強(qiáng)核彈的威力。
然而,這些核心所產(chǎn)生的能量并非我們所見(jiàn)的普通陽(yáng)光,而是高能伽馬射線。
伽馬射線會(huì)輕而易舉地穿透我們的身體,引起癌癥甚至死亡。
但幸運(yùn)的是,這些伽馬射線沒(méi)有機(jī)會(huì)抵達(dá)太陽(yáng)表面,而太陽(yáng)核心的光子在向我們傳播之前,必須穿越10萬(wàn)公里的太陽(yáng)物質(zhì)。由于光子容易與電離的帶電粒子碰撞,這是一段充滿(mǎn)挑戰(zhàn)的旅程。
每一個(gè)伽馬射線光子在形成后,在被吸收和再輻射之前,最多只能傳播幾毫米。這種情況發(fā)生時(shí),再輻射的光子會(huì)以一個(gè)隨機(jī)方向以較低的能量重新發(fā)射出去。
注意,它仍是一個(gè)光子,因此它依然以光速行進(jìn),但太陽(yáng)內(nèi)部充滿(mǎn)了密集的等離子體,高能光子必須在太陽(yáng)內(nèi)部反復(fù)散射,一次次失去能量,直到最終抵達(dá)太陽(yáng)表面。
有些光子需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能降至較低的能量級(jí)別,而其他光子則在能量較高時(shí)更快地逃離了太陽(yáng),由此太陽(yáng)形成了一個(gè)漂亮且平滑的輻射光譜。
從光子形成到抵達(dá)太陽(yáng)表面需要多久?答案在1萬(wàn)到17萬(wàn)年之間。注意,這不是一個(gè)不確定性。
那些“幸運(yùn)”的光子可能只需1萬(wàn)年便完成了這段旅程,它們發(fā)出的能量最高,屬于高頻和短波長(zhǎng),例如X射線和紫外線。
而那些需要更長(zhǎng)時(shí)間的光子可能是因?yàn)檫\(yùn)氣不佳,經(jīng)歷了更多碰撞,損失了更多能量,在太陽(yáng)內(nèi)部反復(fù)散射無(wú)法脫身,等到它們終于脫身之時(shí),就變成了可見(jiàn)光或者紅外波段的輻射。
總結(jié)一下
那么,這又意味著什么?如果太陽(yáng)突然停止將氫聚變?yōu)楦氐脑?,?huì)發(fā)生什么變化?(先忽略隨之而來(lái)的恒星內(nèi)部坍縮):
在最初的一萬(wàn)年間,一切似乎毫無(wú)變化;來(lái)自太陽(yáng)的任何可測(cè)量量都不會(huì)下降。
一萬(wàn)年后,太陽(yáng)發(fā)出的X射線、紫外線以及較短波長(zhǎng)的藍(lán)光將開(kāi)始從其光譜中消失。對(duì)我們來(lái)說(shuō),這似乎意味著太陽(yáng)在慢慢“冷卻”。
經(jīng)過(guò)17萬(wàn)年的逐漸“冷卻”,太陽(yáng)的顏色會(huì)從黃色變?yōu)槌壬?,再?gòu)募t色轉(zhuǎn)為深紅色,然后逐漸黯淡。在這17萬(wàn)年間,太陽(yáng)的亮度會(huì)降至現(xiàn)今的千分之一。換言之,到了那個(gè)時(shí)候,從地球看太陽(yáng)就如同現(xiàn)在從冥王星看太陽(yáng)一般。
超過(guò)17萬(wàn)年后,太陽(yáng)會(huì)從可見(jiàn)光光譜中消失,僅發(fā)出紅外輻射;此時(shí),沒(méi)有任何力量能阻止太陽(yáng)在自身重力作用下坍縮。
因此,答案就是,若太陽(yáng)“熄滅”,在我們察覺(jué)到任何變化之前,可能已經(jīng)過(guò)了大約1萬(wàn)年。即便如此,太陽(yáng)也只會(huì)在超過(guò)10萬(wàn)年的時(shí)間里逐漸變暗和變冷。在此期間,我們還有足夠的時(shí)間來(lái)思考如何挽救太陽(yáng)或者尋找新的家園!
幸運(yùn)的是,在物理法則的框架內(nèi),這并不是我們需要憂(yōu)慮的情形,因?yàn)檫@幾乎不可能發(fā)生,除非太陽(yáng)耗盡了燃料?;蛟S已經(jīng)沒(méi)有燃料了,而我們正處于第一個(gè)一萬(wàn)年之中!我不禁望向窗外的太陽(yáng),陷入了沉思......
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