如果太陽熄滅,人類多久才能感知到?

101科學教室:太陽《國家地理》雜誌

根據科學家對太陽的觀察推測,現在我們已經知道太陽在未來至少還有 50億年的時間。

太陽變成紅巨星的示意圖

當它成為紅巨星時,一切都會被摧毀,并且吞噬掉鄰近的所有行星,就連 木星也不能避免被太陽 「燒毀」,可為什麼太陽會變得如此可怕呢?

紅巨星是恒星燃燒到後期所經歷的一個較短的不穩定階段

很大程度上這跟太陽的運作方式有關,太陽的內部核心每秒會將大約6億噸的氫融合成氦,這種能量可能需要10000到17000年才能逃離核心,這是太陽光和熱的來源。

而當太陽進入紅巨星的狀態時,它的核心和密度以及溫度將會顯著增加,從而導致外部區域迅速膨脹。

隨著太陽能量的逐漸消失,太陽開始熄滅,最終整個太陽系陷入一片寂靜。

太陽光譜

那麼太陽的整個過程中會給地球帶來哪些影響?人類會在這個過程中感知到哪些變化?我們需要多久才能體驗到變化的最終結果?這種情況真的 會出現嗎?本文將從太陽的能量釋放、能量傳播這兩個方面來解答這些問題。

接下來一起看看,若太陽熄滅,人類需要多久才能感知?為什麼不是八分鐘?而是一萬年?

太陽的質量占太陽系質量的99.8%

太陽應該怎樣熄滅?

究竟是八分鐘還是一萬年?這取決於你如何看待太陽熄滅這個問題,它是 一瞬間熄滅還是逐步熄滅。

這個假設將會從根本上改變太陽熄滅的傳遞方式,首先我們來說說為什麼有八分鐘的這個說法。

太陽的內部結構示意圖

如果對天文學有一定了解的人肯定都知道,光的傳播速度,以及太陽到地球之間的距離,那麼我們便可以通過光的傳播速度除以1.5億公里,由此得到八分鐘左右的結果。

如果太陽只是熄滅,或者說它在一瞬間失去了能量,實際情況可能確實如此。

並且地球會在接下來的時間裡逐漸降溫,地球表面的溫度大約每兩個月就會下降當前溫度的兩倍。

在太陽熄滅後的兩個月內,地球溫度便會下降至 -123℃,僅需 4個月,地球溫度就達到了 -200℃。

太陽光是以299792458m/s的光速向地球移動

這對地球上的生物來講會帶來毀滅性的打擊,所有生物都會不復存在。

也許會有極端例子的存在,例如遠古細菌、病毒可能會被保存在冰塊中,但這個過程將會永遠持續下去。

這僅是從溫度上來講,實際上地球完全沒有機會體驗到這種變化,因為我們假設的情況是太陽在一瞬間就失去了光芒,所以它的能量和引力也會在這一瞬間消失。

太陽與行星之間的引力

因此,地球會在第一時間內脫離太陽系的軌道,對於其他天體來講同樣如此。

失去恒星引力捕獲的天體會到處漂流,行星之間的引力開始出現混亂,要不了多久地球可能就會在漂流過程中遇到強烈撞擊,從而徹底消失。

所以, 八分鐘感知理論很明顯是基於物質傳遞本身來講,並沒有考慮到 太陽本身的活動,如果我們給予這個假設更多的物理量,那麼結果就會發生巨大的改變。

宇宙中四處飄蕩著隕石

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漫長的等待

要想完成這個預演,我們就必須考慮到太陽核心的核聚變,如果它突然 停止運作,也就是物理意義上的突然熄滅,太陽的變化為何卻有著一萬年的感知時間?

因為在太陽核心,這裡存在著超強的核聚變反應,這種核心能量釋放出來的效果最直觀的表現就是太陽光,但它裡面包含著大量的超高能伽馬輻射。

伽馬射線暴概念圖

這些超高能伽馬輻射會在太陽的進一步活動中被拋射出去,每個伽馬射線光子形成後便會進行光速傳播,前進到地球。

但現在,太陽的核心停止了運作,這些伽馬輻射也開始變得 「懶惰」起來。

伽馬射線暴原理

由於沒有核心運動,這些伽馬射線光子在被吸收和重新輻射之前最多只會行進幾毫米。

然而在這個過程中,它們的運動還是能夠繼續維持的,伽馬射線光子會以 隨機方向和低能量重新輻射。

這裡我們需要注意的是,這種能量仍會以光速進行,但由於這種輻射量 微弱,因此即便是光速它們也只能夠移動幾毫米。

太陽內部結構概念圖

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在太陽核心內部,這種隨機的運動讓它們看起來就像無頭蒼蠅一般到處亂竄,而且經由自身輻射還會在粒子之間進行反彈。

伽馬射線粒子會在一次又一次的彈跳中損失能量,直至完全耗盡,最終達到太陽表面。

不過這裡面也不是所有粒子都會遵循這種消減方式,也會存在一些低能量損耗逃離出太陽表面的粒子,只不過它們所耗費的時間同樣不短。

這些粒子離開核心後仍然具備較高的能量,因此它們也會在剩餘的能量中散發出不同的光芒。

伽馬射線粒子發出的光芒概念圖

整個核心衰減的過程大概需要 10000~170000年,那些保留了較高能量的粒子會發射高頻短波,例如 X射線和紫外線。

而沒有逃離出來的粒子會在反覆的彈跳碰撞中消失,或者花費更長的時間才能出來。

現在我們以人類的視角來看看,如果這樣的情況發生了,我們將體驗到怎樣的變化?

太陽表面

超越時間的存在

在最初的一萬年裡,所有的一切看起來似乎還很正常,太陽的觀測的數據也不會發生太大的變化。

但是在一萬年之後,那些能夠迅速逃離出核心的粒子開始逐漸從 X射線、紫外線,以及更藍的光線中消失時,人類開始感覺到不對勁了。

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其實這個時候太陽已經變冷了,而且顏色也會越來越淡。

接下來的 170000年裡,太陽的顏色會從曾經的黃色變為橙色,然後再到 紅色,最後變成深紅色。

而在 160000年的時間裡,太陽亮度會下降至只有現在亮度的千分之一,太陽從地球看上去就跟我們在地球觀察冥王星一般。

變暗的太陽會是這樣的嗎?

一旦超過170000年,太陽的光譜將變得很難發現,只有一點點淡紅光,這個時候太陽還會在自身的引力下發生坍塌。

因為它的內部已經沒有物質運動可以支撐它的存在,剩下的只有基本粒子和引力。

太陽吸收光譜

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根據當前的觀察,太陽由於自身的質量並不大,因此它只會變成白矮星,如果想要成為中子星,那麼太陽的質量至少要比現在大出10倍

這便是太陽的最終命運,所以我們可以看到,太陽熄滅這個變化並不是一個直接完成的過程,太陽在完成自己的任務後仍會殘留一部分物質繼續進行活動

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不過很有意思的地方在於,當太陽成為白矮星之後,坍塌會引發另一個 聚變循環。

剩餘的氦元素會逐漸變成更重的元素,核心中的其他元素會在收縮中猛烈地被壓縮。

這時溫度便又會急劇升高,光度會保持大致恒定。

當恒星的質量小於八個太陽的時候,恒星就會演化成白矮星

當核心溫度大約在 29000℃時,太陽的大氣層會被電離成星狀星雲,外表看起來就像藍色的外環,最終完成白矮星的蛻變。

如果人類當前的科學理論正確的話,那麼在白矮星之後,太陽將會成為一個完全冷寂的黑矮星。

很明顯,現在的宇宙歷史還不足以孕育黑矮星這樣的天體。

黑矮星是一些中小質量恒星后期演化的產物,以碳為主

總之,無論是白矮星還是紅巨星,太陽的未來對我們來講都太過於遙遠。

現在我們只需要靜靜地在地球上觀望就行了,享受著太陽帶來的美好光熱。

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