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假如没有太阳,地球会怎样?

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太阳是我们赖以生存的基础,如果没有太阳,地球会是什么样的呢?

太阳对于地球和人类生存至关重要的意义,可以说是人尽皆知的。不过对于天文学家来说,在回答“假如没有太阳我们的世界将是怎样”这个问题时,还有更大的想象空间。

太阳系产生于一个尺度大到几十至几百光年的,主要由氢、氦和尘埃组成的星云中。其中某些物质分布相对密集、万有引力较强的部分会吸引周围的物质向这些部分集中。以这些凝聚中心为中心,这个大星云分裂成许多个尺度在1至几光年的小星云,其中一个就是原始太阳星云,地球与太阳就共同脱胎于这个原始太阳星云。

太阳形成后,作为太阳周围“剩余物质”的星子,结合而形成地球等行星。人们常说的“太阳是地球的母亲”,其实并不确切,因为众行星不是从太阳里生出来的,太阳只是地球及其兄弟姐妹们的长兄,不过是极其强势的长兄。它以自己的强大引力,让这群兄弟姐妹们聚集在一起,又以自己的光和热照亮和温暖着它们。

假如在形成太阳之前,这个凝聚中心周围的物质已经消耗殆尽,中心得不到进一步的物质补给,就不可能形成太阳,最终会形成一个类似木星的褐矮星。也许你会问,我们不是在说地球吗?请容我慢慢说来。

没有太阳的“孤星”

这里首先要强调,我们说的是假设或是想象的情况。从科学角度看,形成类木星天体是合理的。其实地球在刚形成的时候,也是一颗“木星”,和现在的木星类似,只不过现在的地球是这颗“木星”的核心。

现代天文学告诉我们,木星、土星、天王星、海王星等这类类木行星的内部都有一个很大的岩石核心。如果把类木行星外面的气体(包括液态氢)层剥掉,那么这些类木行星也就成了类地行星了。而类地的水星、金星和火星由于离太阳近,所受到的太阳炙烤和太阳风吹刮十分猛烈,再加上岩石核的质量较小,引力不大,所以其的气体层逐渐挥发,终于丧失掉大气层,露出了岩石核心,就形成了有岩石外壳的行星,即类地行星。这层大气称为第一代大气。后来遍及整个行星的大规模火山爆发逸出的大量气体,构成了以二氧化碳为主要成分的第二代大气,如现在的金星和火星大气。现在,水星大气已经散逸,地球大气则因生物作用而变为如今的以氮、氧为主的第三代大气。可见,在没有太阳的情况下,“木星状地球”的第一代大气是不会消失的,更不用说形成第三代大气了。

在“木星状地球”上也可能出现生命。现在人们知道,在许多以前认为不可能存在生命的严酷条件下,竟然活跃着许多不可思议的生物。如在几千米的大洋深处,终年不见阳光,但是从海底下冒出的温泉周围竟有许多鲜活的生命,它们靠温泉的热量和物质维持生命活动,显示了生物的多样性和生命的顽强性。

现代的天文探测表明,木星辐射的能量比它从太阳吸收的能量更多,说明它的内部有热源,那么也可以合理地推断这个“木星状地球”也会有内部热源,可能为某些生命形态提供能量。当然,这种生物只能是低等生物,要说进化成高等生物,乃至智能生物,从而形成如今地球这般欣欣向荣的局面,那可就是超乎想象了。

这个“木星状地球”,如果没有太阳引力的羁绊将怎样行动呢?它与从大星云中几乎同时形成的其它恒星或(在假设情况下)其它木星状行星形成了一个星协或疏散星团。它会与这个星协或星团一同运动,同时也有相对于其它成员的独立运动。有时,如果它的运动速度特别大,或者它处于这个星协或星团的边缘,受到其它天体的摄动时,也可能从星协或星团中逃逸出来,就成为了在宇宙空间漂荡的“孤立行星”,犹如“孤魂野鬼”一般。它有可能在经过某颗恒星附近时被俘获,于是便在“太阳”的温暖下,终于演化成真正的地球状行星;它也有可能被恒星吞噬而消失在宇宙中;也有可能与另一个同类相撞,并合成一颗更大的孤立行星,若这种碰撞继续进行下去,最终的质量或可达到或超过0.05倍太阳质量,就可能“发育”成恒星,因为在这样的质量条件下,氢核反应可以点燃了。但是,被俘获或相撞的概率其实是微乎其微的,因为星际空间实在太空旷了。须知,即使在两个星系碰撞时,星系内两颗恒星碰撞的情况也几乎不会发生。

失去太阳的“冰”“火”两重天

以上是从太阳系形成说起的。而事实是现在我们已经有了太阳,那么下面要来说说地球将怎样“失去”太阳。

根据天文学观测,研究人员们预计在40亿年之后,仙女星系将与银河系相碰撞。两个巨大的星系碰撞,这是多么波澜壮阔的宇宙图景。其实,远在这两个星系接触之前很久,它们彼此巨大的引潮力就会使对方产生剧烈形变,每个星系的恒星、星际介质等物质会被引潮力拖曳而出,随着两个星系的逐渐接近,这种效应越发强烈,被拖出的物质越来越多,并被抛向茫茫无涯、沉沉黑暗的宇宙空间。

太阳系在这场宇宙大变故中的真实遭遇,现在很难确切地预测。太阳系有可能被引潮力拖出银河系,但太阳本身的物理状态,如质量、光度等未必受多大影响,但太阳系内的行星轨道,如地球的轨道有可能被拉得很长。地球轨道的远日点到了几十天文单位之外,绕行周期达几十、上百年。地球在离太阳这么遥远的地方,就会冻成一个大冰球;而近日点也许在水星轨道处,在这么靠近太阳的地方,地球表面的温度高达二、三百度,大气和海水会大量地挥发和蒸发,原来生命宜居的地球就变成了受冰冻、火烤的地狱。在这种情况下,地球在其轨道运动70%~80%的时段上,不可能接受到足够的太阳辐射,太阳看上去只是一颗明亮的恒星,也可以说地球已经“离别”了太阳。更极端的情况,是地球的轨道被拉成了抛物线或双曲线,于是就上演了地球与太阳“生离”的悲剧。

落进太阳的“煤球”

根据科学家的推算,从现在起大约50亿年之后,太阳会成为一颗红巨星。它的直径将会膨胀到火星轨道附近,表面温度由现在的约6000度降到约3000度。红巨星将继续膨胀,成为一个行星状星云。这个行星状星云还将不断扩散,最后露出一个孤零零的变成了白矮星的太阳。

于是我们会看到,有朝一日地球将被太阳变成的红巨星吞进肚子里,终于毁灭,走上“死别”的不归路了。其实,就在毁灭之前,地球已经惨不忍睹了。当太阳膨胀向红巨星演化时,它的表面不断向地球接近。虽然表面温度随着膨胀而下降,但由于表面积增大,总光度仍然很大,同时地球到它的距离缩小,于是传输到地球上的热量日渐增加。地球的大气挥发了,海水蒸发了,地面上的一切因灼热而燃烧起来了。待太阳膨胀到地球轨道处吞噬地球时,这个地球已面目全非,像一粒烧过的煤球。这时太阳的表面温度大概还在4000度上下。但即使是“煤球”,也经不住4000度高温的熔炼,已经成了融熔状态,这也许就是地球呈现于世的最后形象了。

火星是否能逃脱被太阳吞噬的厄运,现在很难预测。即使它不被吞噬,那么火星以及木星、土星、天王星、海王星乃至柯伊伯带天体和奥尔特云等的命运将会如何呢?前面说红巨星将会继续膨胀成为行星状星云。星云物质的温度不至于很高,但是这些物质充斥于行星际空间,给行星的运动带来极大的阻力。太阳在向红巨星演化的过程中,整个太阳系的引力态势,基本上不会改变,因为引力还是集中在中心,火星等行星的运动状态也基本不变。但是,一旦红巨星向行星状星云演化,星云物质充满行星际空间后,行星运动受到阻尼,轨道收缩,行星会向中心下落。越向内部,阻尼越大,最终形成雪崩式的恶性循环。于是火星、木星、土星……等众星“躲过了初一,躲不过十五”,最后也纷纷向中心的白矮星掉落下去。其实,在它们掉落到白矮星上去之前,这颗新白矮星的高温早已经把它们熔融升华成气态了。

太阳成为红巨星和行星状星云的蜕变是在完成自己最后的使命。它把物质归还到宇宙空间,最后结合进新的星云,为孕育下一代的恒星和行星准备材料。宇宙内的物质就以这样的方式进行着一种堪称伟大的循环。