我们依赖光和热,正如我们依赖太阳一样,这一点毋庸置疑。若没有太阳的光辉,你我将不复存在。

太阳,是地球以及众多生命之所依,是太阳系的能量之源。于是人们不禁好奇,假如太阳“不发光”了,我们需要多久才能察觉?尽管大家普遍认为是8分钟多一点,但这一问题远比我们想象的复杂!8分钟并非物理学上的精确答案。今天,我们将深入探讨这一议题,期望能为各位提供一个满意的科学解答。

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太阳辐射出的能量,跨越了从长波无线电波到可见光,再到X射线(只是纳米级别的一部分)的广阔光谱范围。太阳的表面在高达5800开尔文的温度下燃烧,这个温度足以熔化(或升华)我们所知的所有物质,包括钨、钻石和各种化合物。

恰到好处的是,地球距离太阳1.5亿公里,这样的距离造就了生命的奇迹。

如果太阳的核聚变停止,我们需要多久才能发现?

大多数朋友可能只了解到一个答案,但对于这个问题,实际上有两种解释,所以我将分别给出这两种情况的答案。

假设太阳突然熄灭(虽然这是不可能的)

设想任何物质被加热至5800开尔文,如同太阳一般发光,正如我们家中的普通电灯泡。设想太阳突然被冷却至极低的温度,不再发光,那在地球上,我们需要多久才能意识到?

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在这种情况下,太阳突然不再发光或被完全遮挡。我们需要知道的是,在关闭太阳的时候,太阳最后的光线还在以光速向我们奔来!所以,根据地球的运行位置,天空将在不足8.5分钟的时间内陷入黑暗(根据我的计算,具体时间为8分11秒至8分27秒)。在这一情形下,太阳会从原本的明亮变为一片漆黑。这是大家最为熟知的一个答案,简洁而有趣。

然而,这样的状况仅仅是一种理想状态,实际上没有任何东西能让太阳瞬间降温。

如果你想了解一个更贴近现实的物理解释,不妨看看下面这种情形:

太阳的能量之源,核心的核聚变突然停止。

这个情形更有趣,更贴近现实,也更具挑战性。我们来看看太阳内部会发生什么。

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太阳的核心,那四分之一的深处,温度不是5800开尔文,而是高达1400万开尔文。在那里,每秒有大约6.2亿吨的氢被转化为氦,并释放出相当于18亿颗史上最强核武器的能量。

但这些核心产生的能量并不是我们平常所见的普通阳光,而是高能的伽马射线。

γ射线能够穿透人体,导致癌症甚至死亡。

但幸运的是,这些伽马射线是没有机会到达太阳表面的,而太阳核心的光子在抵达我们之前,必须穿越10万公里的太阳物质。由于光子容易与电离的带电粒子相撞,这将是一段充满挑战的旅程。

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每个伽马射线光子,一旦形成,在被吸收和再辐射前,最多只能移动几毫米。这种情况发生时,再辐射的光子会以一个随机的方向、较低的能量重新辐射。注意,它仍是一个光子,继续以光速前行,但太阳内部充满了密集的等离子体,高能光子必须在无数次碰撞中耗尽所有能量,最终抵达太阳表面。有些光子花了更长时间降至更低的能量,有的则在能量较高时更快地逃出太阳,因此太阳释放出的是一个漂亮而平滑的辐射光谱

从光子产生到太阳表面需要多久?答案是在1万到17万年之间。注意,这不是一个不确定的数字。

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那些“幸运”的光子,在1万年的旅程中离开太阳,发出的能量最高,如X射线和紫外线。

而那些耗时更久的光子可能运气不佳,发生更多碰撞,损失更多能量,它们在太阳内部反复弹跳,最终以可见光或红外波段的形式出现。

总结

那么,这一切意味着什么呢?如果太阳突然停止将氢聚变为更重的元素(暂且不提随之而来的恒星内部坍缩),将会发生什么?

在最初的一万年里,一切看似无异;太阳发出的任何可测量的辐射都不会减少。

一万年后,X射线、紫外线以及更短波长的蓝光将开始从太阳的光谱中消失。对我们来说,太阳似乎在逐渐变冷。

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经过17万年的逐渐降温,太阳的颜色会从黄色变为橙色,再从红色变为深红,然后逐渐黯淡。在这17万年中,太阳的亮度将降至千分之一的现有亮度。换言之,到那时从地球上看太阳就像现在从冥王星看太阳一样暗淡。

超过17万年,太阳将从可见光中消失,仅发出红外辐射;这是真的,没有任何力量能阻止太阳在自身重力作用下坍缩了。

因此,令人惊讶的答案是,如果太阳“熄灭”,在我们注意到任何变化之前,我们将有大约1万年的时间。即使过了一万年,太阳也只是在超过10万年的时间里逐渐变暗和变冷,我们还可以继续享受数万年,思考如何拯救太阳或者离开地球!

幸运的是,在物理定律之下,这并不是我们需要担心的状况,因为这根本不可能发生,除非太阳耗尽了燃料。或者,已经没有燃料了,我们现在正处在第一个一万年里!