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如果太阳突然熄灭了,当前科技水平下,人类能生存多久?

2020-06-06知识

先说结论:人类至少可以存活10万年,而且结局是被活活烤死,而非冻死。

鉴于评论区对该回答争议较大,认为我故意偏离题意显摆也好哗众取宠也罢,我这里统一回复:刚看到题目我就在想太阳熄灭到底是什么意思?评论区有人告诉我是指太阳突然消失,这个‘灭’确有消失之意,但熄灭等于消失我语文功底不太好没悟出来。评论区又有人告诉我太阳熄灭指得是太阳不发光,我觉得很有道理,日常生活中确有很多人用灯灭了来形容灯不发光的。这一千个哈姆雷特弄得我云里雾里,为了最直观理解太阳熄灭的含义,我掏出小学买的新华字典翻阅并上网百度,得出一致结论熄灭就是停止燃烧。巧了,我们天文上还真有太阳燃烧的概念。

该回答5月4号突然火了一把,于是最后加更了一个以此为背景的微小说纪念吧。

正文 :首先我们需要给太阳熄灭下一个科学的定义。

熄灭的反义词是燃烧。那么我们先要清楚太阳是怎么燃烧的?

「熊熊燃烧」的太阳

我们知道,燃烧需要三个条件:足够高的温度、可燃物、氧气(氧化剂)。

可燃物在足够高的温度下就可以与氧气发生剧烈反应,也就是燃烧

从化学组成来看,现在太阳的75%是氢和23%是氦,像碳氮氧等其他元素只占太阳的百分之二,也就是说太阳其实是一个大的氢气球。燃烧需要氧气,而太阳上氧少得可怜,那太阳是如何「燃烧」的呢?

天文上讲太阳「燃烧」通常指是核聚变,本身是不需要氧气参与的,它不是化学意义上的燃烧。 我们眼中的太阳释放的光和热完全来自于其自身的黑体辐射。黑体辐射:一个不反射光的物体(黑体)只要其有温度就会向外发光(辐射),而且其向外辐射的光的强度和主要波段仅仅取决于该物体的温度。拿常见的事物举例:烧红的铁块会发出红光,随着铁块温度降低光芒逐渐暗淡。因疫情而普及的测温枪也是根据不同温度物体辐射的光芒不同的原理而实现测温的。

核聚变就是核能,人类最具破坏性的武器——氢弹,它的爆炸原理就是靠核聚变。核聚变顾名思义,就是太阳中心区域的氢在超高的温度(千万度)聚变成氦并释放大量能量。也就是说太阳内部相当于每时每刻都在发生着数以万计的氢弹爆炸!这些「氢弹爆炸」才提供给我们光和热,也同时抵抗住太阳自身庞大的引力防止其自身收缩。

那么回到正题,太阳熄灭,就是太阳中止燃烧,即太阳中止核聚变。 那么太阳中止核聚变会发生什么情况呢?

此时太阳虽然内部没有能量来源但是由于其自身仍然处于高温状态带来的巨大内能,其依旧会以黑体辐射形式源源不断的向外发光发热。

光子从核心区逃出至太阳表面平均需要上万年,内部核反应突然停止不再产生光和热也并不会马上对太阳有什么影响

由于核心燃烧区的辐射压消失,太阳会向内收缩。生活常识都知道,如果堵住针筒压缩里面的空气,那么里面的空气会变热。这就是热力学第一定律,对物体做功就会让物体内能增加。同样地,引力压缩了太阳这个「大气球」,自身引力能转化为内能,使太阳升温。简而言之, 太阳熄灭以后,太阳会变为引力能供能(核时标转换为热时标)。 一边是向外辐射消耗内能,一边是引力能转化增加内能,因此我们需要用软件对其进行模拟才能得知太阳的命运。

运用恒星演化程序mesa关闭核反应对其进行模拟,发现太阳会在「熄灭」后的三万年内逐渐变暗,但是万年以后亮度最暗时也只比现在低万分之二,这显然对我们的地球不会有任何影响。此时太阳一直处于非稳态,引力势能转化而来的内能略微小于黑体辐射耗散的内能。

太阳光度随时间的变化,横坐标时间取了10的对数(1代表10年,2是100年,以此类推),纵坐标0.000代表当前太阳光度。

但是当太阳熄灭3万年后,太阳逐渐进入稳定的热时标,此时太阳引力势能转化而来的内能将越来越大,因此太阳的温度和光度反而持续上升。太阳将会在三千万年后达到其最大亮度——4.8倍现有太阳光度。显然那时候的地球气温将非常可怕,然而人类还撑不到那个时候。

太阳光度随时间变化,横纵坐标含义如上图

我们的地球之所以是一颗存在生命的蓝色星球,其原因是地球和太阳的距离恰到好处。行星如果距离恒星太近就会太热而太远又会太冷。于是科学界提出一个概念:宜居带——一颗恒星周围一定距离范围,该距离范围允许行星上水以液态形式存在。我们的地球处于宜居带较为靠近内侧边界附近(较流行的宜居带内侧边界是0.95个日地距离)。理论计算表明地球接收到的阳光通量达到375瓦特每平方米时,全球将出现热失控从而不适合生物生存(目前地球接收到的阳光通量是341瓦特每平方米)。 也就是说当太阳的光度达到现在的1.1倍光度时,我们的地球就会产生热失控而不适合生物生存,这对应着10万年。 此后太阳将在三千万年左右达到其亮度最大值——4.8倍的现有太阳光度。随后太阳将慢慢降温,进入白矮星阶段。

不同恒星质量起宜居带范围(绿线是地球宜居带范围,蓝线红线分别是5个和0.1个地球质量的行星的宜居带)

也就是说太阳「熄灭」后,人类至少可以生存10万年,而且最后的命运不是被冻死,而是被烤死。

附录:如果人类能坚持10万年以上甚至更久,或许可以见到一个蓝色的太阳。

太阳表面有效温度随时间演化图
表面有效温度和光度图(赫罗图),太阳最终变成一颗宇宙中从未有过的氢白矮星

【太阳熄灭】

「完了,全完了……」卢天一边双眼无神地望着电脑屏幕一遍喃喃道。

「什么完了?咋?你刚买的股票跌停了?」旁边的赵扬打趣道。这对话来自广东江门700米深的地下,在终不见阳光的环境下长时间工作容易使人精神崩溃,因此同事之间的幽默互动可以缓解彼此情绪。

「要真是这样就好了,我是说地球完了!」卢天头也不回仍空洞地望着面前的屏幕回复道。

张扬意识到事情的严重,于是收起玩乐心态走到卢天电脑前试图弄清楚状况。片刻之后,张扬瞪大了眼睛使劲晃了晃旁边呆坐的卢天并大声道:「你是说我们已经连续半个月没有探测到来自太阳的切伦科夫辐射了!!!」

几天后的五月某日,广州烈日炎炎,但此时的广东省省长的办公室内有一人却如身在冰窖一般汗毛竖立。

「王院士,您专门要求见我说有急事,到底是什么事,不急慢慢说」马省长亲切的接待了来自科学院的王院士。

「我们江门中微子实验室已经半个月没有探测到太阳中微子事件了,这种事情统计学上讲是在5σ外的事件,也就是发生约为二百五十万分之一。而且我们和欧洲那边的KM3NeT实验室联系了,他们也是一样的结果,这就变成625亿分之一的几率……」王院士一本正经的阐述着。

「王院士您停一下,我虽然有着一定的科学素养,但您这也太专业了,您就简单了当地说到底发生什么事行吗?」马省长打断道。

「简单地讲就是我们的太阳不再发生核聚变了,也就是太阳熄灭了」王院士叹了一口气面色沉重的说道。

「什么!太阳熄灭了!!!」马省长这经历过大风大浪的人听完也不禁惊慌地站了起来。

「不对!那要是太阳熄灭了,那现在天上发光的是什么?」马省长回过神觉察到了反常后询问道。

「炉火灭了尚有余温,更何况太阳这么大呢……」王院士面色沉重地继续陈述着。

「这么大个事得赶紧向中央汇报啊!那您就直接了当告诉我,我们还剩多少时间吧!」马省长焦急地一刻也不愿等待只想知道结果并向中央汇报。

「根据计算机模拟,地球成为死星还剩10万年!」王院士回复道。

「呼~~!10万年!谢天谢地,看来留给我们人类的时间还挺多的。不好意思啊,王院长,我待会还有个会……」马省长长出一口气并送走了王院士。

与此同时,中国的某地,一位网名为畅游迪拉克海的人道:「完了,这定义草率了,10万年灭亡这结论也就充其量是小说人物茶余饭后的谈资,剩下的小说情节和现实一样谁还看啊!停笔!」