赫罗图上的太阳演化过程
2019年专业期刊《宇航学报》发表了一篇推着太阳畅游宇宙的构想,颇为严谨,让人忍不住想东施效颦,为同样宏大构想的“流浪地球”做个注解。
先端正态度,拍好马屁。大刘是非常优秀的科幻作家,他的作品有宏大的视野和深刻的人性!不过,科幻作家属于文学家,追求的不是科学严谨,咱勉强算一个科普写手,看着科幻巨著的漏洞难免手痒,纯粹从科学角度修缮一下故事情节
太阳氦闪
首先是这个大背景:太阳突然要爆炸,地球必须要流浪。
恒星演化研究算是比较成熟的,太阳命运基本都被算命先生定好了,没有外来因素,很难发生意外。太阳氦闪这么重大的事情,自然早在日程表上了。
氦闪大概是这么回事:
恒星凭借引力把氢拧成氦,依靠聚变维持平衡,但随着氢不断消耗、氦不断累积,问题就来了。因为恒星内部只够满足氢聚变,并不满足氦聚变,于是,聚变反应逐渐减弱,核心体积开始收缩。
体积一收缩,内部压力就变大,堆在中心的氦就被压缩成简并态。这个简并态是氦闪的关键,可以理解为电子被压缩到没地方挪动了,像是一个超级高压锅。当恒星质量在0.8~2.0倍太阳质量之间时,随着体积收缩,高压锅内部压力会不断变大,直至最后点燃氦聚变。氦聚变剧烈而短暂,称之为“氦闪”。
以太阳的质量来看,显然躲不过氦闪,但氦闪并不是地球人需要担心的。因为氦闪发生在红巨星阶段,在氦闪之前,太阳已经成了一颗红巨星,早就把地球折腾黄了。
总而言之,以氦闪作为带地球流浪的理由,不够科学。
谋杀太阳
如果太阳好好的,流浪地球的动机就不存在了,所以必须要把太阳给灭了。但很可惜,谋杀太阳是件非常棘手的事情。
场景一:系外行星闯入太阳系
就算八大行星一起撞太阳,不过就是溅起几朵小日珥而已,对人类是灾难,对太阳也就挠挠痒,太阳占据了整个太阳系质量的99.86%,谁能撼动啊。至于扔氢弹什么的,就别丢人现眼了,太阳本身就是一颗超级大氢弹,连它自己都没把自己炸掉。如果非要往太阳上丢东西来摧毁太阳,那至少得扔进去一颗恒星,而恒星相撞可以提前N年预测,没有突发性,这路子走不通。
场景二:大质量超新星爆炸
躲避超新星爆炸确实是一个不错的理由,但推动地球显然不如推动太阳更合理,具体方法参见上篇《戴森球》,这路子也走不通。
场景三:外星人
偷个懒,让外星人摧毁太阳怎么样?那就没必要流浪了,结了这么大的梁子,人家肯定得斩草除根,这路子更走不通。
顺便较真一下,三体小说里用光粒打击恒星的原理是:把一个小球加速到接近光速,根据相对论效应,小球质量可以增加到恒星的几分之一,这种打击相当于两颗恒星相撞,从而摧毁目标恒星。
这原理当然没问题,但相对论还告诉我们,质量达到恒星级的小球,动能也是恒星级的,它同样符合质能守恒定律。换句话说,要把小球质量增加到恒星级,需要恒星级的能量来加速,这能量从哪里来也是问题?
说实话,在现有理论之内,地球想到太阳系外面溜达,确实没什么好理由。不过,现有理论再往前走一步,就有一个不错的机会。
大质量恒星演化到最后,会被引力硬生生挤成一个点,变成黑洞。也就是说,强大的引力意味着黑洞。根据相对论,引力和加速度是等效的,引力能干的事情,加速度同样可以干。
我们无法创造强大的引力,但可以创造强大的加速度,比如高速粒子碰撞的瞬间,对撞粒子的速度从近乎光速急剧下降,这加速度妥妥的天文数字。强大的加速度很可能意味着黑洞。
所以这个故事可以这么写:
人类掌握核聚变之后,围绕太阳建造了一台超超超级对撞机,把粒子加速到无限接近光速,结果一不小心,把几个粒子撞成了黑洞。现有理论认为,这个直径远远不到1纳米的迷你黑洞,会在极短时间内通过霍金辐射衰变成各种粒子。
但是,各位注意了,但是,霍金辐射到底靠不靠谱,科学家的共识是:尚待验证!
于是,我们就有了遐想的空间:假设迷你黑洞可以稳定存在,而且能不断吸收各种辐射,逐渐壮大,预计400年后开始吞噬太阳系。
终于,咱们有理由带着地球去流浪了。
不识地球真面目,只缘身在地壳中
太阳那边的事情安排得差不多了,接下来看地球这边。
人类对地球结构的研究主要通过地震波,目前没有太多确定性的结论,只有一些笼统的判断。地球由外往内依次是地壳、上地幔、下地幔、外地核、内地核。
地壳的厚度从几公里到几十公里不等,平均17公里,仅占地球质量0.4%。
这0.4%就是目前为止人类在地球上的全部活动范围。七大洲四大洋,江河山川,动物植物,还有200万年的人类历史,全在这0.4%里,所以很多人潜意识里会把这0.4%当成地球的全部。
真实的地球结构听着有些慌……
板块构造学说,把薄薄的地壳分成六大板块,亚欧板块、非洲板块、美洲板块、南极洲板块、印度洋板块、太平洋板块,还有诸多小板块,这些薄片全都飘在软流圈上。
所谓软流圈,顾名思义,高温高压让这里的物质以半黏性状态缓慢流动,在地下60~250公里之间,位于地幔的中上部。软流圈虽然不是液体,但有一定的流动性,甚至和大气层一样有对流运动,于是咱们的六大薄片就能在上面移动,这是大陆漂移学说的重要依据。
顺便说一下,地球是目前所知的唯一适合板块构造学说的行星,据说这是生命进化的必要条件,因为板块运动带来了丰富的地质活动,火山地震之类的,促进了碳循环。
包括软流圈在内,地下33公里到2900公里都属于地幔,成分以硅酸盐、金属氧化物等为主,占地球质量68%,很大程度上决定了地球性质,对各种地质活动有决定性影响。
根据地震波传播的不同,地幔分为上地幔和下地幔。越往下温度越高、压力越大,下地幔的压力可以达到130万大气压,相当于世界最大锻造机工作压强的1000倍,天天被这么个大家伙捶,其致密程度可想而知。
因为高温的关系,地幔虽是固体,却有类似沥青一样半流动的可塑性。没错,沥青是可以流动的,不信的小盆友可以搜索持续了快一百年的沥青滴漏实验。
所以,如果持续压着美洲大陆推地球,薄薄的大陆板块不是被压碎了,就是被摁进地幔里了。这就好像大卡车与沥青马路,偶尔跑几趟没啥关系,若长年累月跑,沥青马路铁定被压出坑。