太阳晚年究竟有多可怕?11亿年后灭绝人类,72亿年后蒸发掉地球!
地球最可能的结局:被太阳蒸发,最终化作宇宙尘埃。
其实,11亿年后,太阳光度就会增加10%,全球生物都会迎来世界末日。
平均温度达到20℃,赤道和两极动植物受到明显影响。
太阳常数为1367W/m2,大约有34%的热量被大气和地球反射/散射。太阳光度增加10%之后,地球接受的直射热辐射约1000W/m2。根据辐射定律j*=εσΤ4,可计算出,地球平均温度会增加6℃。
在此之后,随着水分的大量蒸发,造成严重的温室效应,地球一边升温,一边大量流失水分。随着气压的上升,15亿年后,大气温度会超过100℃,整个地球会变成一个超高压大蒸笼,全球生物逐渐走向灭绝。
35亿年后,太阳光度增加40%。
经过20多亿年的时间,随着地球水分的全面流失,地球平均温度反而可能有所下降。但依旧比40℃(从现在的大气结构推算)的理论温度高很多。这是因为在高温下,碳酸盐会分解释放出大量的二氧化碳。
例如,金星轨道仅仅比地球近了30%,但有地球92倍压强的大气,以及96.5%的二氧化碳,所以它的温度高达462 °C。
如果地球上的水蒸发得足够的快,地球可能会先经历一个类似火星的阶段
随着水蒸气消失,地球大气中的二氧化碳已经成为主要成分。温度会比金星低一些,大约300℃上下。
65亿年后,太阳光度增加120%。
经过数十亿年的高温,碳酸盐中的二氧化碳得到大量的释放。
此时地球接收到的热辐射,比现今的金星稍高一些。
地球变成一颗超级金星,大气浓度超过现今的220倍以上,均温也超过500℃。
紧接着,太阳主序星时代结束,进入红巨星模式。
72亿年后(红巨星7亿年),太阳光度恒定增加到130%。
这个阶段,太阳的变化比较恒定,相对来说,对地球的影响并不算大。
但紧接着太阳开始爆发,随着太阳内核燃烧的速度加快。
太阳光度达到现今的17倍(增加1600%)。
由于温度过高,再加上强烈的太阳风,可能会在数亿年的时间中,吹散地球大气。
没有大气层的地球,地球变成了一颗超级水星。
阳面的温度高达500℃以上,而阴面温度低于-100℃。
此时夜晚的地表,也和水星、月球夜晚冷寂的表面,没有什么两样:
紧接着太阳内核的光度达到现今的34倍,但随着太阳的急遽膨胀,表面光度反而有所下降。
经过数亿年的时间,太阳达到红巨星的巅峰状态,光度升高到现今的2349倍。
被太阳直射的地表已经达到2470℃,地表逐渐融化,彻底化作熔岩星球。
而此时,太阳半径也膨胀了170倍,吞没了水星,也有一定可能性吞没金星,到达地球轨道附近。
经过1亿年的时间,太阳进入红巨星的渐近支(AGB)阶段。半径膨胀213倍,达到日地距离的99%。此时太阳质量已经损失了30%,由于轨道和太阳质量平方反比,所以日地轨道会增加约20%。
所以,地球可能并不会被吞没,但根据预估数据的不同[1],以及太阳膨胀之后自转变慢,潮汐效应令地球公转角速度降低,轨道反而会收缩。所以,地球也可能刚好被吞没。
但不被吞没的概率,会大一些。
然而,以上情况,并不是地球遭遇的最极端环境。
到达红巨星巅峰状态后,太阳内核温度达到1亿K,发生氦闪。在足够短的时间内,释放出了过去数百万年的总聚变能量,达到5×10^41 J[2],约为超星新爆发的0.3%。地球吸收的氦闪能量,就高达10^32 J,相当于地球的引力结合能。
极短的时间内,太阳内核的光度增加10^10倍。
但由于简并度的提升,以及太阳的膨胀,大量的能量不会瞬间释放出来,太阳表面的光度会低两个数量级。
但哪怕如此,也是现今光度的1亿倍,即便考虑地球轨道的增加,也可导致地球表面的温度高达3.5万℃。
这个温度,足以把地球表面的物质摧毁成等离子状态。
在接下来的1万年的时间内,太阳光度在今天100万倍附近震荡[3]。
虽然太阳最终质量下降到现今的50%左右,地球轨道半径增加40%,但这个光度,带给地球的温度,同样高达1万℃。
上万℃,1万年的照射,足以彻底地蒸发整个地球。
通过地球质量已经构成的元素来预估,蒸发地球的能量不超过10^33 J。但是,1万年的高达100万倍现今太阳的光度,对地球产生的热量却高达10^35 J。而在后续,太阳还会发生多次壳层氦闪,每次持续数百万年。
氦闪时,飞散而出的恒星物质和能量,也会对地球造成致命的冲击。
蒸发掉的地球去了哪里?它化作了围绕太阳的星际物质。
氦闪彻底结束之后,太阳化作一颗内部具有炽热(12000K)白矮星的行星状星云。
而地球,会是行星状星云的一部分。
星云宽达1光年,犹如一颗巨大的天眼,回望着那充满生机的过去:
或许,在接下来的数十亿年,在宇宙尘埃中,可能会诞生一颗新的太阳。
而原本组成地球的那些星际物质,也可能再次形成新的行星。
它或许也会诞生新的生命,开启下一个轮回。