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太阳越来越热 如何防止地球被烤熟
www.wforum.com | 2024-05-14 16:01:14  煎蛋网 | 0条评论 | 查看/发表评论

  作为一个物种,我们对我们的家园地球相当喜爱(尽管我们肆意的碳排放除外)。但不幸的事实是,地球注定要毁灭。总有一天,太阳将进入一个阶段,使地球表面上的生命变得不可能,最终将这颗行星降为一块悲伤、孤独的铁镍块。

  好消息是,如果我们真的全力以赴——不用担心,我们将有数亿年的时间来计划——我们可以保持我们的家园宜居,甚至在我们的太阳变得失控之后的很长时间内。

  惊魂的一天

  太阳正慢慢但无情地变得更明亮、更热、更大。数十亿年前,当分子集合体首次开始共舞并称呼自己为生命时,太阳比今天暗淡约20%。甚至恐龙也知道一个更弱、更小的恒星。虽然太阳只完成了其主要氢燃烧阶段的一半,在其开始死亡挣扎之前还有40多亿年,但使得我们这个小世界上的生命成为可能的温度和亮度的奇特组合将在几亿年内被侵蚀。就天文学而言,这是一瞬间。

  太阳通过其存在的基本物理学种下了自己灭亡的种子。在这个特定时刻,我们的恒星正在以每秒大约6亿吨的速度消耗氢,将这些原子在达到摄氏2700万度的核烈焰中相撞。这600百万吨中的400万吨转化为能量——足以照亮整个太阳系。

  然而,这种核聚变反应并不完全干净。核燃烧产生的副产品是氦——核燃烧产生的核废物。氦无处可去,因为深层对流循环不会触及到氦形成的核心。因此,氦就坐在那里,惰性的、无生命的、无用的——堵塞着这台机器。

  在当前的年龄,太阳的核心温度和压力不足以使氦发生聚变。因此,氦妨碍了其他可以聚变的氢的核心总质量增加。幸运的是,太阳很容易弥补这一点,这种补偿来自于一个称为静力平衡的物理学知识。

  太阳处于不断平衡的状态,生活在一个核刀刃的边缘上。一边是核聚变过程释放的能量,如果不加控制,可能会威胁到爆炸——或者至少,膨胀——太阳。对抗这一点的是恒星本身的巨大重力,以1,027吨的氢和氦所能集中的所有力量向内压迫。如果这种力量无人检查,太阳自身的引力将把我们的恒星压缩成一个比中型城市还小的黑洞。

  那么,当一股不可阻挡的力量遇到一个不可抗拒的压力时会发生什么?优雅的平衡——和一个可以活上数十亿年的星球。如果由于某种原因,核烈焰突然升温,那将会使恒星的其他部分升温,并使其外层膨胀,减轻了重力压力,并减缓了核反应的速度。如果太阳突然收缩,更多的物质将迫使自己进入核心,在那里它将参与热烈的核舞蹈,所释放的能量将共同使恒星重新膨胀到正常大小。

  但是,氦灰渣的存在,即核垃圾,通过置换否则会熔化的氢破坏了这种平衡。太阳不得不向内拉扯——重力是不妥协且冷漠的。当它这样做时,它迫使核心的核反应增加猛烈,提高其温度,这反过来又迫使太阳表面膨胀和变亮。

  慢慢地、慢慢地、慢慢地,当氦继续在太阳(或任何其他质量相似的恒星)的核心中积聚时,它会扩张和变亮以应对。很难准确预测这种变亮何时会对我们的行星造成灾难——这取决于辐射、大气和海洋之间复杂的相互作用。但一般估计我们还有大约5亿年的时间生命才会变得几乎不可能。

  变暖的太阳将提高地球的表面温度。随着温度升高,海洋将蒸发。由于水蒸气是一种优秀的温室气体,大气中水蒸气的增加将导致更高的表面温度。更高的温度将迫使海洋蒸发更多,引发一个快速循环,很快将地球丰富的地表水都漂浮在我们的大气中。

  没有水来润滑地壳活动,我们的板块将停滞不前。没有地壳活动来从大气中吸收碳,我们的空气将变得浓浊。在一亿年内,我们将变成金星的孪生体,金星在数十亿年前经历了类似的命运——两个在它们自己的恒星父母手中死去的世界。

太阳越来越热  如何防止地球被烤熟

  地球调整

  “适居带”是围绕恒星的区域,其中的温度可以——至少原则上可以——支持行星表面的液态水存在。接近恒星,温度太高,除非发生任何奇特的大气扭曲,否则水将被迫成为水蒸气形式。在范围之外,温度太低了。

  然而,随着太阳的年龄增长,它的亮度增加将使适居区向太阳系的更远处移动。

  如果我们希望地球在未来的时代生存下来,我们必须移动它。

  移动整个行星并不是一件容易的事,你可以想象。但幸运的是,这一次,我们在天文时间尺度上的平衡是站在我们这边的。我们不必今天就移动地球;我们有数亿年的时间来计划我们的转移。为了达到这个目的,我们可以利用一直让行星围绕太阳轨道运行的同一坚定力量:重力。

  我们的第一个任务是找到一种能源。提高地球轨道将需要巨大的能量,物理学在这里既清洁又残酷:能源必须来自某处。幸运的是,我们可以利用木星。因为它比地球大318倍,所以它在天上的简单运动为它提供了巨大的动能。它肯定不会介意我们借用一些。

  从木星到地球的能量传递将需要一些轨道花招。为了帮助可视化我们将要做的事情,想象一下站在一条铁轨上的一个滚动平台上,一辆火车向你驶来。你无法离开轨道(因为那样这个比喻就不好玩了),所以你生存的唯一机会就是至少要比火车快。当然,如果你让火车撞到你,你就会与它的速度相匹配,但可能不是你希望的方式。

  相反,你伸手从口袋里拿出一颗可靠的弹力球。让我们假设(再次,为了让这个比喻起作用),这是一颗完美且坚不可摧的弹力球。你把弹力球投向迎面而来的火车。它弹开了。你抓住它并开始向前滚动,只是一点点。通过简单的动量守恒,你会发现自己能够从火车那里偷取一些能量,给自己和你的滚动平台。火车几乎不会注意到——它毕竟是一辆火车——但你肯定会。如果你能快速地做足够多的前后移动,你会发现自己平稳地沿着轨道移动,避免灾难。

  回到我们与木星和地球的情况,这个比喻之所以有效是因为我们当然希望避免木星撞击我们的行星。但它在于星际弹力球并不是一个选择。所以,我们必须求助于小行星。我们可以将它们送上环绕木星的长轨道,利用它们与木星的引力相互作用,加速小行星的运动,以换取巨大行星运动的轻微减速。然后我们可以将小行星返回地球,以相反方向环绕地球,减速并为我们提供推动力。

  一次通过的差异几乎无法测量,更不用说注意到了。这并不是说随机漂浮的太空岩石可以带来多少动能。但我们只需要将其设置为重复,数亿年来一次次循环,轻轻推动地球以逃避日益激烈的太阳。如果我们的后代能够做到这一点,它将使我们的星球保持在适居区的安全范围内。

太阳越来越热  如何防止地球被烤熟

  恒星调整

  如果重新排列行星不是你的菜,但你仍然有能力完成大型工程项目,我有另一个解决方案供你选择。

  太阳的主要问题在于氦是供我们的恒星提供动力的核聚变过程的自然副产品。氢聚变的速率由太阳的整体质量确定;较大的恒星燃烧得更快,较小的恒星燃烧得更慢。因此,如果我们想限制氦产生的数量,我们需要减慢聚变反应的速度。最直接的方法是降低太阳的整体质量。

  值得庆幸的是,太阳已经在为我们做这件事,只是速度不够快。太阳表面不断发射着一个永无止境的微小带电粒子流,形成我们所称的太阳风。以原始人类尺度来衡量,太阳通过太阳风失去的质量令人难以置信,大约每秒1-2百万吨。所有这些愤怒加起来每1.5亿年就相当于一个地球质量。

  我们需要将其提高一些。

  其中一种方法是简单地通过激光、粒子束、强磁场或我们的后代选择的任何机制使太阳表面升温。加热表面将增加太阳风产生量,从而增加太阳质量流失的速率。但是,高能粒子从太阳喷射出去通常对保持地球适居性是不利的,所以下一个挑战是将这些粒子导向一个安全的地方。

  一种方法是在太阳赤道轨道上创建一系列粒子加速器站。它们将不断地交换带电粒子,形成一个环,作为太阳的带。该电流环将产生一个环形(或者对于更古老的物理学家来说更合适的,一个环形)磁场,将太阳风导向极点流出,沿着太阳自转的轴线安全地远离任何行星。

  该环形磁场还可以用于挤压恒星,这种方法被称为“喘气技术”。首先关闭站点,让它们向太阳内部落下。然后将它们打开,使磁场停止然后逆转它们的下降。靠近的磁场会挤压在太阳的赤道上,迫使粒子从极点喷射出来。

  如果我们的后代真的很勤劳,他们可以捕获逃逸的太阳风并将其用于其他目的,比如用于驱动整个企业的聚变反应器系统。如果他们真的很有创造力,他们可以将太阳风流动定向到一个方向,利用它们作为太阳动力火箭,推动我们整个太阳系到银河系内的新位置,甚至离开银河系。

  当然,“夺星术”技术使太阳变得不那么明亮;随着质量的减少,聚变反应以更安静的速度运行,这降低了我们的恒星的强度和大小。这将适度向内转移适居区。一开始我们不会注意到,因为我们的行动将抵消适居区向外移动的自然趋势。但最终,在太阳失去10到20%以上的质量后(数学上的计算有些不精确,因为这取决于这个吸管过程需要多长时间),我们将被迫将地球迁移到内部以保持最佳状态。

  但我们将留下一个更小的恒星,更小的恒星将过着幸福的漫长生活。最小的红矮星,其质量几乎不到太阳质量的十分之一,可以燃烧数万亿年。但它们也倾向于脾气暴躁。由于它们较小的质量,它们更容易发生愤怒的星暴,这可能导致它们的亮度间歇性加倍。如果我们遥远的后代决定走这条修改太阳以增加其寿命的道路,他们肯定会为保护脆弱的地球而努力。

  但无论如何,如果人类要生存数十亿年,我们可能会成为一个行星间,如果不是星际间的物种。在这种情况下,就没有太多的需要以这种方式拯救地球。也许我们遥远的后代仍然会着手计划一个计划,以维护赋予他们生命的世界。也许这是出于必要,因为没有其他世界会像地球这样适合生命。也许这将是一个艺术项目,一个在星际尺度上创造美和奇迹的机会,然后在太阳核心内的燃烧熄灭,并且它呼出最后一口气时,这个故事的最后一章包含了这个太阳系数十亿年的生命的结束。

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