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如果太陽突然熄滅了,當前科技水平下,人類能生存多久?

2020-06-06知識

先說結論:人類至少可以存活10萬年,而且結局是被活活烤死,而非凍死。

鑒於評論區對該回答爭議較大,認為我故意偏離題意顯擺也好嘩眾取寵也罷,我這裏統一回復:剛看到題目我就在想太陽熄滅到底是什麽意思?評論區有人告訴我是指太陽突然消失,這個‘滅’確有消失之意,但熄滅等於消失我語文功底不太好沒悟出來。評論區又有人告訴我太陽熄滅指得是太陽不發光,我覺得很有道理,日常生活中確有很多人用燈滅了來形容燈不發光的。這一千個哈姆雷特弄得我雲裏霧裏,為了最直觀理解太陽熄滅的含義,我掏出小學買的新華字典翻閱並上網百度,得出一致結論熄滅就是停止燃燒。巧了,我們天文上還真有太陽燃燒的概念。

該回答5月4號突然火了一把,於是最後加更了一個以此為背景的微小說紀念吧。

正文 :首先我們需要給太陽熄滅下一個科學的定義。

熄滅的反義詞是燃燒。那麽我們先要清楚太陽是怎麽燃燒的?

「熊熊燃燒」的太陽

我們知道,燃燒需要三個條件:足夠高的溫度、可燃物、氧氣(氧化劑)。

可燃物在足夠高的溫度下就可以與氧氣發生劇烈反應,也就是燃燒

從化學組成來看,現在太陽的75%是氫和23%是氦,像碳氮氧等其他元素只占太陽的百分之二,也就是說太陽其實是一個大的氫氣球。燃燒需要氧氣,而太陽上氧少得可憐,那太陽是如何「燃燒」的呢?

天文上講太陽「燃燒」通常指是核聚變,本身是不需要氧氣參與的,它不是化學意義上的燃燒。 我們眼中的太陽釋放的光和熱完全來自於其自身的黑體輻射。黑體輻射:一個不反射光的物體(黑體)只要其有溫度就會向外發光(輻射),而且其向外輻射的光的強度和主要波段僅僅取決於該物體的溫度。拿常見的事物舉例:燒紅的鐵塊會發出紅光,隨著鐵塊溫度降低光芒逐漸暗淡。因疫情而普及的測溫槍也是根據不同溫度物體輻射的光芒不同的原理而實作測溫的。

核聚變就是核能,人類最具破壞性的武器——氫彈,它的爆炸原理就是靠核聚變。核聚變顧名思義,就是太陽中心區域的氫在超高的溫度(千萬度)聚變成氦並釋放大量能量。也就是說太陽內部相當於每時每刻都在發生著數以萬計的氫彈爆炸!這些「氫彈爆炸」才提供給我們光和熱,也同時抵抗住太陽自身龐大的重力防止其自身收縮。

那麽回到正題,太陽熄滅,就是太陽中止燃燒,即太陽中止核聚變。 那麽太陽中止核聚變會發生什麽情況呢?

此時太陽雖然內部沒有能量來源但是由於其自身仍然處於高溫狀態帶來的巨大內能,其依舊會以黑體輻射形式源源不斷的向外發光發熱。

光子從核心區逃出至太陽表面平均需要上萬年,內部核反應突然停止不再產生光和熱也並不會馬上對太陽有什麽影響

由於核心燃燒區的輻射壓消失,太陽會向內收縮。生活常識都知道,如果堵住針筒壓縮裏面的空氣,那麽裏面的空氣會變熱。這就是熱力學第一定律,對物體做功就會讓物體內能增加。同樣地,重力壓縮了太陽這個「大氣球」,自身重力能轉化為內能,使太陽升溫。簡而言之, 太陽熄滅以後,太陽會變為重力能供能(核時標轉換為熱時標)。 一邊是向外輻射消耗內能,一邊是重力能轉化增加內能,因此我們需要用軟件對其進行模擬才能得知太陽的命運。

運用恒星演化程式mesa關閉核反應對其進行模擬,發現太陽會在「熄滅」後的三萬年內逐漸變暗,但是萬年以後亮度最暗時也只比現在低萬分之二,這顯然對我們的地球不會有任何影響。此時太陽一直處於非穩態,重力勢能轉化而來的內能略微小於黑體輻射耗散的內能。

太陽光度隨時間的變化,橫座標時間取了10的對數(1代表10年,2是100年,以此類推),縱座標0.000代表當前太陽光度。

但是當太陽熄滅3萬年後,太陽逐漸進入穩定的熱時標,此時太陽重力勢能轉化而來的內能將越來越大,因此太陽的溫度和光度反而持續上升。太陽將會在三千萬年後達到其最大亮度——4.8倍現有太陽光度。顯然那時候的地球氣溫將非常可怕,然而人類還撐不到那個時候。

太陽光度隨時間變化,橫縱座標含義如上圖

我們的地球之所以是一顆存在生命的藍色星球,其原因是地球和太陽的距離恰到好處。行星如果距離恒星太近就會太熱而太遠又會太冷。於是科學界提出一個概念:宜居帶——一顆恒星周圍一定距離範圍,該距離範圍允許行星上水以液態形式存在。我們的地球處於宜居帶較為靠近內側邊界附近(較流行的宜居帶內側邊界是0.95個日地距離)。理論計算表明地球接收到的陽光通量達到375瓦特每平方米時,全球將出現熱失控從而不適合生物生存(目前地球接收到的陽光通量是341瓦特每平方米)。 也就是說當太陽的光度達到現在的1.1倍光度時,我們的地球就會產生熱失控而不適合生物生存,這對應著10萬年。 此後太陽將在三千萬年左右達到其亮度最大值——4.8倍的現有太陽光度。隨後太陽將慢慢降溫,進入白矮星階段。

不同恒星質素起宜居帶範圍(綠線是地球宜居帶範圍,藍線紅線分別是5個和0.1個地球質素的行星的宜居帶)

也就是說太陽「熄滅」後,人類至少可以生存10萬年,而且最後的命運不是被凍死,而是被烤死。

附錄:如果人類能堅持10萬年以上甚至更久,或特許以見到一個藍色的太陽。

太陽表面有效溫度隨時間演化圖
表面有效溫度和光度圖(赫羅圖),太陽最終變成一顆宇宙中從未有過的氫白矮星

【太陽熄滅】

「完了,全完了……」盧天一邊雙眼無神地望著電腦螢幕一遍喃喃道。

「什麽完了?咋?你剛買的股票跌停了?」旁邊的趙揚打趣道。這對話來自廣東江門700米深的地下,在終不見陽光的環境下長時間工作容易使人精神崩潰,因此同事之間的幽默互動可以緩解彼此情緒。

「要真是這樣就好了,我是說地球完了!」盧天頭也不回仍空洞地望著面前的螢幕回復道。

張揚意識到事情的嚴重,於是收起玩樂心態走到盧天電腦前試圖弄清楚狀況。片刻之後,張揚瞪大了眼睛使勁晃了晃旁邊呆坐的盧天並大聲道:「你是說我們已經連續半個月沒有探測到來自太陽的切倫科夫輻射了!!!」

幾天後的五月某日,廣州烈日炎炎,但此時的廣東省省長的辦公室內有一人卻如身在冰窖一般汗毛豎立。

「王院士,您專門要求見我說有急事,到底是什麽事,不急慢慢說」馬省長親切的接待了來自科學院的王院士。

「我們江門微中子實驗室已經半個月沒有探測到太陽微中子事件了,這種事情統計學上講是在5σ外的事件,也就是發生約為二百五十萬分之一。而且我們和歐洲那邊的KM3NeT實驗室聯系了,他們也是一樣的結果,這就變成625億分之一的機率……」王院士一本正經的闡述著。

「王院士您停一下,我雖然有著一定的科學素養,但您這也太專業了,您就簡單了當地說到底發生什麽事行嗎?」馬省長打斷道。

「簡單地講就是我們的太陽不再發生核聚變了,也就是太陽熄滅了」王院士嘆了一口氣面色沈重的說道。

「什麽!太陽熄滅了!!!」馬省長這經歷過大風大浪的人聽完也不禁驚慌地站了起來。

「不對!那要是太陽熄滅了,那現在天上發光的是什麽?」馬省長回過神覺察到了反常後詢問道。

「爐火滅了尚有余溫,更何況太陽這麽大呢……」王院士面色沈重地繼續陳述著。

「這麽大個事得趕緊向中央匯報啊!那您就直接了當告訴我,我們還剩多少時間吧!」馬省長焦急地一刻也不願等待只想知道結果並向中央匯報。

「根據電腦模擬,地球成為死星還剩10萬年!」王院士回復道。

「呼~~!10萬年!謝天謝地,看來留給我們人類的時間還挺多的。不好意思啊,王院長,我待會還有個會……」馬省長長出一口氣並送走了王院士。

與此同時,中國的某地,一位網名為暢遊迪拉克海的人道:「完了,這定義草率了,10萬年滅亡這結論也就充其量是小說人物茶余飯後的談資,剩下的小說情節和現實一樣誰還看啊!停筆!」