我们能否为太阳“延年益寿”?

来源 :科学之谜 | 被引量 : 0次 | 上传用户:alabo353
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读

  遥望整个宇宙,人类是如此的幸运,我们生活的地球可能是唯一存在生命的星球。太阳正值壮年,地球和太阳的距离又恰到好处,才有能够孕育生命的良好环境。
  不过,随着太阳燃料的逐渐减少,它已经走过了自己一半的青春岁月。再过50亿年,太阳将会结束自己最后的呼吸,经过超新星爆发后,留下一具尸体——致密的白矮星。
  为了延续生命,人类必须想出一些办法来。那么,我们能否将太阳的寿命延长数十亿年甚至上万亿年呢?

方案一:添加燃料


  太阳主要由氢和氦组成,氢在太阳内核的高温高压下聚变成氦,并释放出能量。如果太阳快没燃料了,那就让我们再加点吧!太阳系有四颗主要组分为氢的气体巨行星,也许我们可以把它们扔到太阳里?
  实际上,这种想法在延长太阳寿命方面适得其反。虽然把这些气体行星扔到太阳里会给它提供更多的燃料,但是额外的质量会增加太阳内部的引力压力,引力坍缩释放能量,导致内核的温度更高,燃烧速率更快,其实减短了太阳的寿命。如果我们将所有的气体行星扔向太阳,它的寿命会缩短约3000万年。当然,放入太阳的质量越多,太阳的寿命就越短。

方案二:减少燃料


  如果增加质量会降低太阳的寿命,那么也许我们可以做相反的事情来延长它的寿命——找到一种方法,吸走太阳里所有的氦和大部分的氢。
  恒星的质量越小,寿命越长。红矮星是宇宙中数量最丰富的恒星类型,它们的质量很小,最大也不超过太阳质量的一半,因为核聚变反应比较温和,寿命也相对较长。最小红矮星的寿命估计超过5万亿岁,是现在宇宙年龄的350多倍。如果我们将太阳质量变成一颗红矮星的质量,理论上,它可以存活上万亿年。
  然而,这个解决方案有几个问题。首先,小太阳的红外辐射少、光照不强,宜居带要离太阳近很多,因此,我们需要让地球更接近太阳。然而,即便是我们能找到这样做的方法,距离恒星太近的行星很容易被潮汐锁定,在这个过程中,行星只能用一面向着红矮星。这种现象可能会使地球的一边变成焦土荒原,另一边变成贫瘠的苔原。此外,红矮星的太阳耀斑非常强烈。由于内部核聚变活动比较小,所以它的表面比较冷,导致表面活动性不强,它内部产生的热量不容易到达表面,必须找到突破口才能喷发出来。在一定的时间尺度上,红矮星会像火山喷发一样,发生太阳耀斑现象,地球的磁场也不能帮助我们避开毁灭性的打击。因此,将太阳缩得太小可能不是一个好主意。
  不过,如果我们只提取太阳质量的20%,使其刚好处于G型星(质量在0.8到1.2个太阳质量之间)的下限,就可以避免潮汐锁定和致命的耀斑问题,同时将太阳的寿命延长6亿年。届时,金星会处于太阳系的宜居带,地球的生命需要转移到那里。然而,仅仅延长太阳6亿年的生命,也许还不值得我们如此大费周折。

方案三:氦变回氢


  在太阳的内核里,氢正在不断地聚变成氦,直到有一天,氢消耗殆尽,太阳几乎完全由氦组成。既然我们不能增加质量,也不能减少质量,那么如果我们自己来把太阳的氦分裂成氢,让它无限期地存活下去呢?
  太阳核心的聚变是由质子-质子链控制的,6个氢原子(质子)經过一系列的步骤,形成一个氦4原子(2个质子和2个中子)与两个“新”的质子。如果我们分裂氦4原子,自由的中子会迅速衰变为质子和电子,我们就回到了聚变反应的起点(即6个质子)。如果能找到分裂太阳中心氦4原子的方法,太阳就能一直进行质子与质子的聚变。
  然而,在相同质量的情况下,氢核聚变所产生的能量不够氦核裂变所需要的能量,这也是太阳中心反应不可逆的原因。打破相同质量的氦原子核中粒子间的约束所需的能量,比相同质量的氢核聚变反应释放的能量高出6%,这意味着:即使我们将氢核聚变产生的所有太阳能用于分裂氦,氦的产生速度还是会稍大于氦分裂的速度,氦还是会继续累积。因此,如果该方法能够实现,太阳的寿命可以延长大约1万亿年,而不是无限期延续。
  10亿年是很长的一段时间,我们不知道在这样的时间尺度内技术会进步到哪种程度,或者人类会变成什么模样,也许我们最终有能力延长太阳的生命。大概只有时间能够为我们解答一切。不过,为了让智慧生命和星球文化延续,我们还要继续带着疑问和想象去探索未知。
其他文献
密码在信息社会  密码与战争有着密不可分的关系,通常战争的输赢取决于对信息的保密情况。战争中的一方将自己所传的信息伪装起来,即使被敌军截获或窃听,信息也不会泄露。密码术有着和社会文明一样悠长的历史,并且一直有着非常重要的影响。在20世纪70年代之前,密码术的主要用户是政府及军队,而在今天的信息社会,密码技术的服务对象也扩展到了公司和个人。随着网络技术和电子商务的发展,大量的个人以及企业信息的踪迹存
期刊
漫画竟是换头灵感来源  1954年12月23日,在美国波士顿,世界上第一例器官移植手术获得成功,一个身患晚期肾炎的患者从他的孪生兄弟那里得到了一个肾脏,这个扁豆状的器官还在他的身体里存活了很长一段时间。自此,器官移植登上医学治疗舞台,曾被认为无法治愈的疾病如心脏衰竭、肝病末期等,通过器官移植,得以治疗;几近绝望的患者得以延续生命。  随着器官移植的发展,越来越多的器官成功被移植,如肾脏、心脏、肝脏
期刊
什么?超新星把猿变成了人?这好像八竿子打不着啊!  原来由猿变成人的过程中,生活环境起了很大作用。科学家认为,在人类进化史上,学会直立行走是非常关键的一步;而这一步,根据主流的“稀树大草原假说”,是在东非稀树大草原上迈出的。  稀树草原塑造了人类  根据人类学家的说法,我们的祖先最初是像猴子一样的四足动物,生活在树上。后来由于森林消失,他们不得不到草原上生活。他们先学会站立,站立可以让他们更方便地
期刊
我们的头顶上,总有一两个旋,决定着头发的走势,地球的头顶也有旋,影响着地球的气候。地球的旋被称为喷射气流,悬于万米高空之上。  喷射气流发现于二战期间,当时美国轰炸机飞赴日本执行轰炸任务,飞行员偶然发现在引擎正常运作,机械无故障的情况下,飞机的飞行速度却较正常情况慢了许多,并且在执行轰炸的过程中会错过目标区域。研究后发现,原来日本上空有一道喷射气流由西向东运转,延伸至美洲,喷射气流阻碍了飞机飞行,
期刊
气候变暖,两极冰川融化,海平面正在上升,这几乎是无人不晓的事实。但是你知道吗,海洋的水卻也在汩汩地流入地球内部,导致海平面下降——听起来像地球也拥有一个“排水系统”!  不过,你要是喊“太好了”呢,又太早了点。现在全球气候变暖使海平面上升,导致许多岛国和沿海城市处于被淹没的危险之中,但你别指望靠地球的这个“排水系统”来解决这个难题。  许多过程影响着地球的海平面的位置。众所周知,冰川融化会导致海平
期刊
有一句话说“不让孩子输在起跑线上”,看来鲨鱼早就知道这一点了:它们的宝宝在母亲肚子里的时候,就开始“练”游泳了。  大多数哺乳动物胎儿在母亲子宫中通常都是不动的,动的话,幅度也不会太大。像哺乳动物一样,某些鲨鱼也是胎生,而不是卵生的,科学家猜测,鲨鱼胎儿是不是也总呆在一个地方呢?但水下的超声波显示情况并非如此。  最近,一个日本研究小组对水族馆中三只怀孕的锈须鲨进行了超聲波扫描。雌性锈须鲨有两个相
期刊
哺乳动物从一片废墟中崛起,征服了世界。  约6500万年前,当巨大的陨石撞击地球、肃清恐龙时,地球处于一片混乱之中。对幸存的生物来说,成为地球新统治者的竞赛开始了,最近的研究表明,我們的祖先是第一个行动的。  陨石撞击地球  当340亿吨重的陨石以30千米/秒的速度撞击现在墨西哥附近的浅海时,它改变了地球的历史。撞击释放的能量相当于10亿吨的核弹,燃烧的岩石经过大气层落到地表,导致了整个地球上的野
期刊
人类要想殖民火星,首先要解决用水问题。火星大气太干燥了,无法从中提取水蒸气,而早期被认为是地表水的迹象(如火星运河),现在也被认为是沙尘暴所为。火星地表的确存在着巨大的冰层,但之前探测到的冰层位于不适宜居住的两极,从那里取水并运送到适宜居住的地方,成本太高。  幸运的是,2018年,美国的火星勘测轨道飞行器在两极之外的地方发现了地下冰层。这些冰层可能超过130米厚,上面覆盖着几米厚的岩石和灰尘。这
期刊
2000年初,美国克雷数学研究所选定了7个“千禧年大奖难题”:NP完全问题、霍奇猜想、庞加莱猜想、黎曼猜想、杨-米尔斯存在性和质量缺口、纳卫尔-斯托克方程和BSD猜想。NP完全问题位于这个数学难题清单的第一项,是计算机科学领域最大的难题,也可能是所有数学问题中最难的一项。P完全问题即P=NP?问题由史蒂芬·库克在1971首次提出,它是七大千禧年大奖问题中最年轻的问题,同时也是最好理解的一个。  什
期刊
在美國国家点火装置(NIF)实验室中,小小测试室里的氢样品正承受着巨大的压力。压力是如此巨大,以至于氢气改变了状态,变成了液体。不过,这才只是开始,在压力逐渐变得更大时,小液滴还要经历一系列的变化。  氢是宇宙中含量最多的元素,木星和土星等气体行星的主要组成成分就是氢,不过在行星内部,氢的存在形式并不是气态的,而是金属氢。因此,小小的氢液滴的变化可以告诉我们很多关于木星和土星等行星的情况。同时,固
期刊