從太陽「熄滅」到被我們感知,物理學答案:10000年而不是8分鐘

我們需要光,我們需要熱,我們需要能量,如果沒有太陽,毫無疑問,就不會有你和我。

太陽是我們地球上所有生命的能量來源。所以我們都知道太陽對我們太陽系來說意味著什麼?所以就有小夥伴腦洞大開問:如果太陽“熄滅”了,我們多長時間才能感覺到?大家心裡地答案都是8分鐘多一點,不過這個問題沒有那麼簡單!8分鐘並不是一個合格的物理答案!我們今天就來重新好好的分析下這個問題,希望能給你們一個滿意的物理學答案。

從太陽「熄滅」到被我們感知,物理學答案:10000年而不是8分鐘

長波無線電波到可見光,再到x射線(僅僅是納米的一小部分),太陽發出的能量分佈在整個光譜範圍內。太陽表面的溫度高達5800開爾文,足以融化(或昇華)我們所知道的一切,包括鎢、鑽石和所有已知的化合物

但是我們離地球距離太陽1.5億公里,這個距離不多也不少,一切剛剛好。

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如果太陽停止核聚變,我們需要多長時間才能注意到?

大多數朋友都只得到了其中一種答案,但是這個問題有兩種解釋方法,所以我會給出這兩種解釋的答案。

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太陽突然熄滅了(不可能的)

如果你把任何東西加熱到5800開爾文,它就會和太陽一樣發光,就像標準家用燈泡一樣。舉個例子,如果你突然把太陽冷卻到很低很低的溫度,這樣太陽就不會再發光了,那會怎麼樣?在地球上,我們需要多長時間才能注意到這一點?

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在這一點上就是太陽突然不發光了,或者被完全遮擋了!

我們需要知道的是,當你把太陽“關掉”的時候,太陽的最後一縷光線還在以光速的速度向我們奔來!因此,根據地球的軌道位置,只需要不到8.5分鐘的時間天空就會一片黑暗(根據我的計算,8分11秒到8分27秒)。在這種情況下,太陽會從目前的巨大亮度瞬間降為零。這是我們最常聽說的答案,簡單有趣!

但是以上的情況只是人們的理想狀態,沒有什麼東西可以讓太陽突然降溫!

如果你想要一個更真實的物理解釋?那就看看下面這種情況下:

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太陽的能量來源,核心的核聚變突然停止了。

這個更有趣,也更合理一點,也更難回答一點。讓我們來看看太陽內部發生了什麼。

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太陽的核心,最深處的四分之一溫度不是5800開爾文,大概是

1400萬開爾文。在內部,太陽每秒將大約6.2億噸氫轉化為氦,,每秒釋放出相當於18億顆有史以來最強大核武器的能量。

但是核心產生的能量是什麼?可以肯定地說不是我們看到的普通陽光。而是具有超高能量的伽馬射線。

γ射線會直接穿透我們身體,導致癌症和死亡。

但是,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向我們襲來之前要穿透10萬公里的太陽。由於光子很容易與電離地帶電粒子發生碰撞,所以這將是一段十分艱難地路程。

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每一個伽馬射線光子,一旦形成,在被吸收和再輻射之前,其最大隻能傳播幾毫米。這種情況發生時,再輻射地光子會以一個隨機的方向以較低的能量重新輻射。注意,它仍然是一個光子,所以它仍然以光速運動,但是太陽充滿了緻密的等離子體,高能光子必須來回彈跳無數次,一次又一次地失去所有的能量,直到它最終到達太陽表面。有些光子花了更長的時間到達了更低的能量,而另一些光子則在能量更高的時候更快地離開了太陽,所以太陽就產生一個漂亮的、平滑的輻射光譜。

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從光子產生到太陽表面這個過程需要多長時間?大約在1萬到17萬年之間。注意下,這不是不確定性。

  • 那些比較“幸運的”迅速離開太陽的光子大約需要1萬年的時間來完成這一過程旅程,它們發出的能量(高頻和短波長)最高,比如x射線和紫外線。
  • 那些需要更長的時間的粒子可能是運氣不好,會發生更多的碰撞,並損失更多的能量,來回彈就是出不了,所以等它們出來後就是可見光或者在紅外波段!
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總結

那麼,這意味著什麼呢?如果太陽突然停止將氫聚變成更重的元素,事情將會發生怎樣的變化?(先忽略隨之而來的恆星內部坍縮):

  1. 在最初的一萬年裡,一切看起來都和往常一樣;來自太陽的任何可測量的量都不會下降。
  2. 一萬年後,x射線、紫外線和更藍的光將開始從太陽光譜中消失。對我們來說,在地球上,太陽似乎在逐漸冷卻。
  3. 經過17萬年的逐漸冷卻,太陽的顏色會從黃色變成橙色,再從紅色變成深紅色,然後逐漸變暗。在這17萬年的時間裡,太陽的亮度將下降到現在亮度千分之一。換句話說,到那個時候從地球上看太陽就像現在從冥王星上看太陽一樣。
  4. 超過170,000年,太陽將從可見光譜中消失,只會發出紅外線;這是真的就已經沒有任何力量能阻止太陽在自身重力作用下坍縮了。

所以令人驚訝的答案是,如果太陽“熄滅”了,在我們注意到任何變化之前,我們會有大約1萬年的時間,即使到了一萬年,太陽也只是在超過10萬年的時間裡逐漸變暗和變冷,我們還能再繼續嚯嚯幾萬年,想想怎麼拯救太陽或者離開地球!

幸運的是,在物理定律下,這並不是我們需要擔心的事情,這根本不可能發生,除非太陽沒燃料。又或者現在已經沒有了,我們正處在第一個一萬年裡!我不由自主地望向了窗外......

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