未来看起来光明——也许太光明了。太阳正在缓慢膨胀和变亮,在未来数十亿年里,它最终将使地球变得干燥,使其变得炎热、棕色且不适宜居住。大约在76亿年后,太阳将达到其作为红巨星的最大尺寸:它的表面将超出今天地球轨道20%,并且亮度将是现在的3000倍。在其最后阶段,太阳将坍缩成白矮星。
尽管科学家们对太阳的未来意见一致,但他们对地球会发生什么存在分歧。自从1924年英国数学家詹姆斯·金斯首次考虑在太阳的红巨星阶段地球的命运以来,一大批科学家得出了摇摆不定的结论。在某些情景中,我们的星球逃脱了汽化;然而,在最新的分析中,情况并非如此。
答案并非直截了当,因为尽管太阳会膨胀到超出地球轨道,即一个天文单位(AU),但它会在此过程中失去质量。因此,随着引力牵引力随着时间的推移而减弱,地球应该会向外漂移。(在其最大半径1.2 AU时,太阳的质量将比现在的重量减少约三分之一。)这样,地球可以逃脱太阳的吞噬。
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但其他因素使分析变得复杂。来自太阳最外层稀薄层的阻力将导致地球向内漂移。来自其他行星的较小力量——所有行星依次对同一正在缩小、膨胀的太阳做出反应——甚至更难完全考虑在内。
今年早些时候,两个团队报告了不同类型的计算,表明地球将被太阳吞噬。在任何学习经典力学的大学三年级学生都会感到兴奋的计算中,意大利国家核物理研究所的洛伦佐·伊奥里奥使用了微扰理论。它通过舍弃相对较小的因素来简化分析,从而使描述太阳和地球之间相互作用的复杂运动方程在数学上易于处理。伊奥里奥假设太阳每年的质量损失(目前约为万亿分之一)在其演化为红巨星阶段的持续时间内仍然很小,他计算出地球将以每年约三毫米的速度向外移动,或者在太阳的红巨星阶段仅移动0.0002 AU。但那时太阳将在仅一百万年的时间里膨胀到半径为1.2 AU,从而汽化地球。
伊奥里奥的论文已提交给《天体物理学与空间科学》,但尚未经过同行评审。几位科学家质疑伊奥里奥假设为小的量是否会在太阳的整个演化过程中保持很小。
即使伊奥里奥的数字计算错了,他也可能得到了正确的答案。在《皇家天文学会月刊》五月刊上发表的一项分析中,墨西哥瓜纳华托大学的克劳斯-彼得·施罗德和英国萨塞克斯大学的罗伯特·史密斯也得出结论,地球注定要灭亡,他们使用了更精确的太阳模型并考虑了潮汐相互作用。随着太阳质量的减少和膨胀,其自转速度也必须减慢——物理专业的学生将这种关系理解为角动量守恒。减慢的自转在太阳表面引起潮汐隆起。这种隆起产生的引力将地球向内拉。考虑到这一点,研究人员发现,任何当前轨道半径小于1.15 AU的行星最终都将灭亡。
如果有人还留在家中,地球能被拯救吗?在一次大胆的天文工程尝试中,加州大学圣克鲁兹分校的唐·科里坎斯基和他的同事们提出,用一颗大型小行星定期近距离飞掠地球来推动地球。可能需要十亿年的时间才能将我们的星球移到安全的地方,比如火星的轨道。然而,我们的月球可能不得不被留下,而且任何误算都可能意味着灭绝。不用说,还需要更多的研究。
注意:本文最初以标题“太阳大口吞噬”印刷。