本文基于回答网友问题,见截图:
这个问题有违科学常识。自然界或者任何非自然力量都不可能让太阳“平移”到一个地球大小的体内,粒子还保持着被移动前的运动状态,还保持组分不变。
太阳的组成物质主要是氢和氦,占整个太阳质量的98%以上,其他更重元素只占不到2%。由于温度很高,太阳物质是以等离子态存在,平均密度只有1.4g/cm^3。如果将其压缩到地球大小,密度就加大了130万倍,从现在约为1.4g/cm^3,提高到1800kg/cm^3。
让太阳压缩130万倍,需要极其恐怖的压力,压缩过程物质的状态自然随之改变,怎么可能还保持之前状态不变、组分不变呢?
让太阳压缩到地球大小的压力,只存在于恒星演化末期,且只有太阳类恒星才能做到。
太阳质量8倍以上的恒星和小于太阳质量0.8倍的恒星,演化末期核心压力都不会留下地球大小的天体,这是另一个话题,本文就不展开说了。因此,只有太阳质量0.8到8倍的恒星(后面成类太阳恒星),在演化末期才刚好具备这种压力。
类太阳恒星演化末期,当核心的氢核聚变熄灭后,突然失去了抵御引力压的核心辐射压,维持主序星稳定的平衡打破了,恒星自身引力让外部物质向内急剧坍缩,形成巨大引力收缩压,这种坍缩压力高达令人恐怖的1.9*10^22Pa,也就是1.9亿亿个大气压。
在这种压力下原子也被压缩了,物质被更紧密的挤在一起,核心就诞生了一颗高致密天体~白矮星。白矮星的典型体积就是约地球大小,换句话说,只有在如此的高压下,太阳这么大的质量,才能够被压缩成一个地球大小。
目前地球上自然界最大压力在地核,约360万个大气压;在实验室人工制造出的最大瞬间压力为1000万个大气压,将太阳压缩成地球大小的压力,是这个最大瞬间压力的190亿倍。
在这种压力下,原子被压碎了,核外电子成为自由电子,原子核则被挤压在一片电子海洋中,原子体积被压缩了数十万倍,此时,泡利不相容原理就生效了。所谓泡利不相容原理,是量子力学中的一条基本规律,是指由费米子(如电子、质子、中子)组成的系统中,任何两个或多个费米子不能处于完全相同的量子态。
这样,电子为了不挤在同一个量子态,相互之间产生一种不依赖温度的量子斥力,这种斥力被称为电子简并压力。白矮星就是依靠电子简并压支撑着自身天体形态,其体积正好约为地球大小。
在自然界,太阳类恒星在演化末期会膨胀成巨大的红巨星,外围气体物质会逐渐抛撒到太空,损失部分质量。太阳最终留下的白矮星,质量只有之前的0.5~0.6倍,因此这颗白矮星的密度约为1000kg/cm^3。
一般来说,要太阳质量5~7倍的恒星,死亡后留下的白矮星质量才会达到1倍太阳质量,这种白矮星的密度将达到1800kg/cm^3以上。这种白矮星的表面重力将达到3.27*10^6m/s^2,是地球原重力9.8m/s^2的33万倍;表面逃逸速度将达到6500kg/s,是光速的20%以上,任何靠近的物体,都无法逃脱。
那么,如果太阳突然变成了白矮星,对太阳系和地球会有一个什么影响呢?
看过时空通讯文章的朋友都知道,引力大小是与相互作用两个天体的质量乘积成正比,与它们之间质点的距离平方成反比。因此,太阳质量1:1变成白矮星后,其引力并没发生改变,而依靠太阳引力形成的太阳系,结构自然会依然稳定,各大行星与卫星、矮行星、小行星,以及柯依伯带乃至奥尔特云带的冰质天体等,运行轨迹不会改变。
似乎一切看起来都相安无事,但实际上一切都将改变。
最大的改变就是失去了光明和温度,随之而来的就是黑暗和极寒。
有人可能会疑惑,白矮星刚形成时表面温度高达8万到10万K,是太阳表面温度的十几二十倍,为啥会黑暗极寒呢?其实这个并不难理解:白矮星只有地球大小,体积只是现在太阳的130万分之一,表面积只有太阳的1.2万分之一,能量和光度自然就大大缩水了。
而且,白矮星的辐射频谱与太阳已经完全不同了。太阳的电磁辐射波段分配比例为:红外加可见光波段约占90%,紫外和高能光波段只占约10%;而白矮星则是:红外和可见光波段只占5%,紫外和软X射线等高能辐射占据了95%。
只有红外和可见光才能带来温暖与光明。白矮星只有少得可怜的红外和可见光波段,其极紫外和软X射线等高能辐射,不但没有热效应,而且破坏力强,不仅不能保暖,反而会像一把锋利的手术刀,直接剥离幸存行星的大气层,并轰击地表。
太阳变成白矮星后,即便距离较近的各大行星也无法再接受到热辐射,且昼昏夜暗。这就是让整个太阳系快速冷却,最终冻结的原因。迄今为止,整个太阳系只有地球上存在生命,因此,其他星球只是物理状态的改变,地球则面临着末日灾难:生态大灭绝直至生命终结。
没有了阳光照耀,虽然处于黑暗中,但在地球上依然可以区分白天黑夜。因为白矮星的光度还有太阳的百分之一,视星等可达-21.74等,这种亮度比满月-12.7等要亮4000多倍,比最亮的星星金星-4.6等要亮700多万倍。
但由于白矮星极小,只能看到极其刺眼的一个针尖般大小的蓝色亮点。这个亮点,会将地球表面照度达到约600~800 lux,相当现在白天室内的亮度,看书和走路都没有问题,山水都能看清轮廓。
不过这种光是冷蓝色强光,虽然亮度够用,但无任何热感,整个白昼呈现一种诡异阴森状,犹如影视中的地狱景象:天空漆黑、所有物体都呈现惨白状,阴影也是幽幽蓝色,绿色植物与一切物体都是灰白发青的色调。
这是光热彻底剥离的光,虽然有光,但世界冰冷。不过,此时倒是观星的好时候,没有了阳光、灯光和大气的干扰,天上繁星比现在任何时候都要清晰和明亮。问题是那个时候,还有观星者吗?
灾变大致会遵循如下过程:
从太阳突然变成白矮星的那一刻,红外供暖和光照被突然切断,此后地表就只有散热而无接收,全球气温开始断崖式下跌;失去持续热源,大气环流、季风、洋流快速停滞,极端气候灾难肆虐全球;白矮星的高能射线击穿高层大气,臭氧层被破坏,地表失去防护;没有了阳光,光合作用停止,植物立刻停止生长枯萎死亡,海洋浮游生物也大规模死亡,陆地和海洋的基础食物链都断裂。
之后一个月内,食草动物大量死亡,食肉动物紧随其后相继灭绝;气温持续暴跌,白天降到零下,夜晚极寒,海面开始大面积结冰;10年内,复杂陆地生命清零,气温降至-70℃~-120℃,大陆逐渐被冰壳覆盖;100年内,海洋冰层加厚至数十米,大气逐步稀薄化,中浅层鱼类、珊瑚等生物全部灭绝。
随后的1000年,全球平均气温逐步降至并稳定在 −200℃ 上下;地表被厚层冰壳包裹,所有液态水永久消失;地表细菌、微生物全部被冻死,生命绝迹;仅剩两类生命苟活:地下数千米岩层深处、依靠地热化能生存的极端微生物;深海海底热泉附近,依靠地球内部余热存续嗜热微生物。
那么人类在这种剧变的环境中,还有生存机会吗?
极大概率:灭绝;极小的概率:留种。
生存在地表的人类,没有任何能力能撑过三五年。因为在三五年内,农业完全崩溃,粮食生产绝迹;极端低温摧毁所有城市基础设施、能源管网、水电系统;极端气候肆虐,冰封、缺氧区域扩张,常规人类生存体系完全瓦解。
三五年后能够继续生存的,只能在深层地底下。前提条件是,灾难发生前,或者灾难发生几年内,能够建立起深层地下避难所,这个避难所必须具备:采用地心地热供暖或核能永久供电,维系密闭循环的生态系统,具备人工光源种养殖基地,可以隔绝白矮星高能辐射与地表冰封环境等。
如果具备以上条件,小规模封闭社群或许能够稳定生存一段时间,但必须尽快寻找出路,否则资源、繁衍都将受到严重威胁,且随着文明退化,很快还是灭绝。凭人类文明现在水平,这种情况近乎异想天开,或者说即便有这个能力,在那种大灭绝背景下,这种“少数人的天堂”,也很难被将要死去的芸芸众生允许存在。
还有一个保留人类种子的途径,就是星际殖民。但说说大话可以,实现的概率几乎为零。因为在这种灾难面前,即便移民火星也难以苟活,只能飞出太阳系,寻找另一颗可以给人类温暖的恒星。但凭现在的人类科技水平,飞出太阳系还只是梦想,连科幻也算不上。
而且,灾变留给人类的时间窗口很短,最多只有几年,失去太阳能源后,全球工业快速崩塌,火箭、航天开发系统会很快停摆,卫星等遥测设备早就被毁损,拿什么出逃呢?
人类文明发展至今,可以上天可以入地,从微观粒子到宏观天体,似乎已经很了不得了,但在大在宇宙级灾难面前,依然渺小得不值一提。所以,只有致力发展科技,尽快提升文明等级,走向深空,早日飞出太阳系,人类才有更多的存活与延续机会。
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