太陽,它是地球上一切生命活力的源泉。因此,我們都明白太陽對我們的太陽系而言意義非凡。
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于是,有人突發(fā)奇想,提問道:如果太陽“熄火”,我們需要多久才能發(fā)覺?大家下意識的反應(yīng)往往是8分鐘多一點,然而這個問題的答案并非如此簡單!
8分鐘并非一個完滿的科學解答!我們今天來重新深入剖析這一問題,以期提供一個讓你們滿意的科學解答。
太陽釋放的能量波及整個電磁波譜,從低頻的無線電波到可見光,再到高頻的X射線(只是納米波長中的一小段)。太陽的表面在高達5800開爾文的溫度下燃燒,這個溫度足以融化(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。
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我們地球恰巧與太陽保持了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。此問題存在兩種解答方式,接下來我將逐一為各位解答。
若將任何物質(zhì)加熱至5800開爾文,它便會如太陽一般發(fā)光,如同家用電燈一般。舉例來講,如果我們突然大幅降低太陽的溫度,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,太陽驟然不發(fā)光,或者說是被徹底遮擋。我們要認識到的一點是,當你“關(guān)閉”太陽時,太陽最后的光線還在以光速向我們飛馳而來!因此,基于地球的運行位置,我們將在不到8.5分鐘的時間內(nèi)迎來夜空。在這一刻,太陽會從原本的耀眼光芒驟然降至零亮度。這是我們最常聽到的那個答案,簡潔而富有趣味。
然而,上述情況僅是理想狀態(tài),實際上沒有任何事物能讓太陽瞬間降溫。
若你尋求一個更加實際的科學解答,那么來看看下面這種情況:
假設(shè)太陽內(nèi)部的核心核聚變突然停止。
這會更加有趣,也更加貼近現(xiàn)實,當然也更加難以解答。讓我們探索一下太陽內(nèi)部會發(fā)生什么。
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太陽的核心,也就是四分之一深度的地方,溫度遠超5800開爾文,大概在1500萬開爾文左右。在太陽內(nèi)部,每秒鐘約有6.2億噸的氫被轉(zhuǎn)化為氦,同時釋放的能量等同于18億顆史上最強核彈的威力。
然而,這些核心所產(chǎn)生的能量并非我們所見的普通陽光,而是高能伽馬射線。
伽馬射線會輕而易舉地穿透我們的身體,引起癌癥甚至死亡。
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但幸運的是,這些伽馬射線沒有機會抵達太陽表面,而太陽核心的光子在向我們傳播之前,必須穿越10萬公里的太陽物質(zhì)。由于光子容易與電離的帶電粒子碰撞,這是一段充滿挑戰(zhàn)的旅程。
每一個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,再輻射的光子會以一個隨機方向以較低的能量重新發(fā)射出去。
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注意,它仍是一個光子,因此它依然以光速行進,但太陽內(nèi)部充滿了密集的等離子體,高能光子必須在太陽內(nèi)部反復(fù)散射,一次次失去能量,直到最終抵達太陽表面。
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有些光子需要更長的時間才能降至較低的能量級別,而其他光子則在能量較高時更快地逃離了太陽,由此太陽形成了一個漂亮且平滑的輻射光譜。
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從光子形成到抵達太陽表面需要多久?答案在1萬到17萬年之間。注意,這不是一個不確定性。
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那些“幸運”的光子可能只需1萬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,例如X射線和紫外線。
而那些需要更長時間的光子可能是因為運氣不佳,經(jīng)歷了更多碰撞,損失了更多能量,在太陽內(nèi)部反復(fù)散射無法脫身,等到它們終于脫身之時,就變成了可見光或者紅外波段的輻射。
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總結(jié)一下
那么,這又意味著什么?如果太陽突然停止將氫聚變?yōu)楦氐脑兀瑫l(fā)生什么變化?(先忽略隨之而來的恒星內(nèi)部坍縮):
在最初的一萬年間,一切似乎毫無變化;來自太陽的任何可測量量都不會下降。
一萬年后,太陽發(fā)出的X射線、紫外線以及較短波長的藍光將開始從其光譜中消失。對我們來說,這似乎意味著太陽在慢慢“冷卻”。
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經(jīng)過17萬年的逐漸“冷卻”,太陽的顏色會從黃色變?yōu)槌壬購募t色轉(zhuǎn)為深紅色,然后逐漸黯淡。在這17萬年間,太陽的亮度會降至現(xiàn)今的千分之一。換言之,到了那個時候,從地球看太陽就如同現(xiàn)在從冥王星看太陽一般。
超過17萬年后,太陽會從可見光光譜中消失,僅發(fā)出紅外輻射;此時,沒有任何力量能阻止太陽在自身重力作用下坍縮。
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因此,答案就是,若太陽“熄滅”,在我們察覺到任何變化之前,可能已經(jīng)過了大約1萬年。即便如此,太陽也只會在超過10萬年的時間里逐漸變暗和變冷。在此期間,我們還有足夠的時間來思考如何挽救太陽或者尋找新的家園!
幸運的是,在物理法則的框架內(nèi),這并不是我們需要憂慮的情形,因為這幾乎不可能發(fā)生,除非太陽耗盡了燃料。或許已經(jīng)沒有燃料了,而我們正處于第一個一萬年之中!我不禁望向窗外的太陽,陷入了沉思......
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