10亿年之后:太阳令地球上水分蒸发殆尽

2015年03月04日08:48   新浪科技 微博    收藏本文     
随着太阳演变成红巨星,地球的海洋就将沸腾、蒸发并消失,变得不再适合人类居住。随着太阳演变成红巨星,地球的海洋就将沸腾、蒸发并消失,变得不再适合人类居住。
壮观的日冕物质喷发壮观的日冕物质喷发

  新浪科技讯 北京时间4日消息,据国外媒体报道,在几十亿年之后,太阳将变成一颗红巨星,其体积之大,足以将地球吞噬进去。但是,早在这一事件发生之前,地球就已经不再适合人类居住。在距离现在大约10亿年的时候,太阳的热量就足以使地球的海洋蒸发、沸腾并消失。

  目前,太阳仍然被归为主序星,意味着它正处于生命期中最为稳定的状态,在其核心中进行着将氢原子转变为氦的反应,并创造出能量。对于太阳这样的恒星,其主序星时期可以持续大约80亿年多一点。我们的太阳系年龄大约为45亿年,已经走完了一半以上的稳定期。

  恒星消亡

  经过80亿年将氢原子转化为氦原子的时期之后,太阳的下一阶段变得有趣起来。由于氢原子已经耗光,太阳的核心只剩下氦。问题是太阳核心的温度和密度都不够高,无法利用氦原子。

  在恒星内部,引力将所有的气体拉向中心处。当恒星还以氢原子为燃料时,氦的生成会制造出足够的外向压力,平衡引力的作用。然而,当恒星核心没有足够的燃料时,引力就开始发挥主导作用。

  最终,引力会导致恒星向中心压缩,开始燃烧核心——此时已经充满了氦,成为惰性的氦核——外围的氢气层。氢气层的燃烧显著增加了恒星的亮度。同时,由于中心的压缩,使得恒星外层的部分向外扩展,从而使体积膨胀。体积膨胀的程度超过了发光能力的增加,使恒星表面的有效温度下降,从而使颜色从白-热变成了红-热。因此,此时的恒星变得更亮、更红而且体积更大,我们将其称为“红巨星”。

  地球的末日

  众所周知,当太阳完全演变成红巨星的时候,地球将无法继续存在。太阳表面很可能会扩张到现在的火星轨道,尽管地球轨道也可能向外扩张一些,但并不足以抵抗太阳的引力作用。届时地球将被太阳吞噬,分崩离析。

  早在地球被吞噬之前,地球上的生命就已经迎来末日。甚至早在太阳核心的氢原子耗尽之前,其状态也已经发生了显著的变化。随着氢的消耗,每10亿年,太阳的亮度将增加约10%。亮度的增加意味着地球接收到的热量增加。随着温度升高,地球表面的水将开始加速蒸发。

  对太阳来说,亮度增加10%听起来似乎并不是什么大事,但对地球生命而言,这就是灾难性的。10%的能量变化已经足以改变太阳系适居带的范围。适居带是指行星系中适合生命存在的区域,在这一区域内,行星表面可以存在稳定的液态水。

  如果太阳亮度增加10%,意味着地球将不再处于适居带内。地球的海洋将蒸发殆尽。当太阳核心的氢完全耗尽的时候,火星将进入适居带内,而那时的地球表面已经因为温度太高已经无法保持液态水的存在。

  不确定的模型

  太阳亮度增加10%,以及其所引发的地球海洋蒸发,将发生在大约10亿年以后。目前对于这一过程发生的快慢还存在争论。大部分模型认为,随着海洋蒸发,越来越多的水将保存在大气层中,而不是地球表面。水蒸气成为一种温室气体,吸收更多的热量,从而导致更多的海水蒸发,直到地球表面最终干涸,水全部存在于大气层中,但是温度极高。

  由于大气层中充满了水,受到来自太阳高能射线的轰击,大气层最顶部的水分子会不断分解,以氢原子和氧原子的形式逃逸到太空,最终使地球的水完全消失。

  目前众多模型的争论点在于,地球到达这一阶段的速度会有多快。有的模型指出,地球将在10亿年这个点之前变得不适合居住,因为在地球升温的同时,岩石、海洋和板块构造的互相作用会使水分干涸变得更快。还有的模型认为,生命或许能够支撑比10亿年更长一点的时间,因为不同的生命形式所需的条件不同,板块构造的活动也会周期性地释放一些关键化学物质。

  地球是一个复杂的系统,没有任何模型可以完美匹配。不过,地球生命繁荣的时间很可能不到10亿年了,星际移民将是我们必然面临的选择——如果人类还存在的话。(任天)

文章关键词: 红巨星太阳地球水分

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