假如太陽熄滅人類多長時間能感知到?不是8分鐘需要上萬年!
我們依賴光和熱,正如我們依賴太陽一樣,這一點毋庸置疑。若沒有太陽的光輝,你我將不復存在。
太陽,是地球以及衆多生命之所依,是太陽系的能量之源。於是人們不禁好奇,假如太陽“不發光”了,我們需要多久才能察覺?儘管大家普遍認爲是8分鐘多一點,但這一問題遠比我們想象的複雜!8分鐘並非物理學上的精確答案。今天,我們將深入探討這一議題,期望能爲各位提供一個滿意的科學解答。
太陽輻射出的能量,跨越了從長波無線電波到可見光,再到X射線(只是納米級別的一部分)的廣闊光譜範圍。太陽的表面在高達5800開爾文的溫度下燃燒,這個溫度足以熔化(或昇華)我們所知的所有物質,包括鎢、鑽石和各種化合物。
恰到好處的是,地球距離太陽1.5億公里,這樣的距離造就了生命的奇蹟。
如果太陽的核聚變停止,我們需要多久才能發現?
大多數朋友可能只瞭解到一個答案,但對於這個問題,實際上有兩種解釋,所以我將分別給出這兩種情況的答案。
假設太陽突然熄滅(雖然這是不可能的)
設想任何物質被加熱至5800開爾文,如同太陽一般發光,正如我們家中的普通電燈泡。設想太陽突然被冷卻至極低的溫度,不再發光,那在地球上,我們需要多久才能意識到?
在這種情況下,太陽突然不再發光或被完全遮擋。我們需要知道的是,在關閉太陽的時候,太陽最後的光線還在以光速向我們奔來!所以,根據地球的運行位置,天空將在不足8.5分鐘的時間內陷入黑暗(根據我的計算,具體時間爲8分11秒至8分27秒)。在這一情形下,太陽會從原本的明亮變爲一片漆黑。這是大家最爲熟知的一個答案,簡潔而有趣。
然而,這樣的狀況僅僅是一種理想狀態,實際上沒有任何東西能讓太陽瞬間降溫。
如果你想了解一個更貼近現實的物理解釋,不妨看看下面這種情形:
太陽的能量之源,核心的核聚變突然停止。
這個情形更有趣,更貼近現實,也更具挑戰性。我們來看看太陽內部會發生什麼。
太陽的核心,那四分之一的深處,溫度不是5800開爾文,而是高達1400萬開爾文。在那裡,每秒有大約6.2億噸的氫被轉化爲氦,並釋放出相當於18億顆史上最強核武器的能量。
但這些核心產生的能量並不是我們平常所見的普通陽光,而是高能的伽馬射線。
γ射線能夠穿透人體,導致癌症甚至死亡。
但幸運的是,這些伽馬射線是沒有機會到達太陽表面的,而太陽核心的光子在抵達我們之前,必須穿越10萬公里的太陽物質。由於光子容易與電離的帶電粒子相撞,這將是一段充滿挑戰的旅程。
每個伽馬射線光子,一旦形成,在被吸收和再輻射前,最多隻能移動幾毫米。這種情況發生時,再輻射的光子會以一個隨機的方向、較低的能量重新輻射。注意,它仍是一個光子,繼續以光速前行,但太陽內部充滿了密集的等離子體,高能光子必須在無數次碰撞中耗盡所有能量,最終抵達太陽表面。有些光子花了更長時間降至更低的能量,有的則在能量較高時更快地逃出太陽,因此太陽釋放出的是一個漂亮而平滑的輻射光譜。
從光子產生到太陽表面需要多久?答案是在1萬到17萬年之間。注意,這不是一個不確定的數字。
那些“幸運”的光子,在1萬年的旅程中離開太陽,發出的能量最高,如X射線和紫外線。
而那些耗時更久的光子可能運氣不佳,發生更多碰撞,損失更多能量,它們在太陽內部反覆彈跳,最終以可見光或紅外波段的形式出現。
總結
那麼,這一切意味着什麼呢?如果太陽突然停止將氫聚變爲更重的元素(暫且不提隨之而來的恆星內部坍縮),將會發生什麼?
在最初的一萬年裡,一切看似無異;太陽發出的任何可測量的輻射都不會減少。
一萬年後,X射線、紫外線以及更短波長的藍光將開始從太陽的光譜中消失。對我們來說,太陽似乎在逐漸變冷。
經過17萬年的逐漸降溫,太陽的顏色會從黃色變爲橙色,再從紅色變爲深紅,然後逐漸黯淡。在這17萬年中,太陽的亮度將降至千分之一的現有亮度。換言之,到那時從地球上看太陽就像現在從冥王星看太陽一樣暗淡。
超過17萬年,太陽將從可見光中消失,僅發出紅外輻射;這是真的,沒有任何力量能阻止太陽在自身重力作用下坍縮了。
因此,令人驚訝的答案是,如果太陽“熄滅”,在我們注意到任何變化之前,我們將有大約1萬年的時間。即使過了一萬年,太陽也只是在超過10萬年的時間裡逐漸變暗和變冷,我們還可以繼續享受數萬年,思考如何拯救太陽或者離開地球!
幸運的是,在物理定律之下,這並不是我們需要擔心的狀況,因爲這根本不可能發生,除非太陽耗盡了燃料。或者,已經沒有燃料了,我們現在正處在第一個一萬年裡!