曾经,和很多人一样,我以为地球上的一切都依靠太阳,所有物质都来自太阳系,包括构成人体的生命元素。其实,这是个人的一厢情愿罢了!
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按照恒星的生命周期,元素是由氢核聚变成氦,其后氦闪出碳元素,再进一步塌缩演化出更多其他重元素。
宇宙中的整体氢含量(按原子数)达到了90%,氦只占8%,金属丰度不足2%。我们太阳系的太阳,氢原子占92.1%,氦原子7.8%,金属丰度不足0.1%。
而反观地球,人们已经发现的元素多达近120种,其中占比90%以上的是铁、氧、硅、镁,而氢的含量只占约0.76%。
由此可见,地球及部分类地行星似乎是个怪胎,与太阳甚至整个宇宙的构成比例格格不入。因而,我们就不得不探究一个问题:地球,从何而来?又将,向何处而去?
地球的前世
138亿年前,也不知道是谁的一个不小心,奇点小蝌蚪崩出了宇宙。其后,离散物质在向着远方一路狂奔的同时,又纷纷抱团组群。随着群主(恒星)诞生-灭亡-再诞生-再灭亡的权利更迭,群是建了-散-再建-再散的往复。如今太阳系的位置,很难说的清楚曾经有多少次江山易主。
有一点可以肯定的是,前太阳系的疆域版图要比现在大的多。因为只有越大质量恒星才能更加的短寿,也只有不少于8倍太阳质量的恒星在耗尽自身燃料后,才可能发生超新星爆炸。否则,这一区域将长期甚至永久存留着红矮星、黑矮星或黑洞,也就不可能有机会诞生出今天的太阳。
在最近一次超新星爆炸后,前太阳系星云直径约达7,000~20,000A.U.(天文单位),边界延伸到了当今冥王星至柯伊伯带范围。前太阳系星云由太初核合成产生的氢、氦及少量的锂组成,质量占比达到了98%,余下的2%质量则为前N代恒星核合成产生的金属重元素。这是距今约50亿年前的事情。
在其后的五千万年时间里,前太阳系星云盘通过不断吸积塌缩,直径下降到5,000A.U.,1,000A.U.,200A.U.。其中心温度,则从原先几十K,上升到1,000K,到10,000K。在太阳不断吸积升温的过程中,4A.U.范围的内太阳系,水、甲烷等易挥发物质分子难以聚集,剩下高熔点的铁、镍、铝、硅酸盐等物质颗粒慢慢结合成碎片及微行星,这就是水、金、地、火四兄弟的早期雏形。
在4A.U.的地方由于足够冷,由内向外蒸发的水等物质形成一道冻结线,使得拥有足够多固态颗粒物质结合形成质量更大的类木行星。这条低压区的冻结线又阻碍了氢、氦等气态物质向太阳中心落去。当类木行星达到4倍地球质量时,就具备俘获氢、氦这些最轻且超级丰富元素的能力,致使木星个头可以在短时间内迅猛发展至如今的318倍地球质量,摘得“地球老大哥”桂冠。
地球的今生
正式因由内及外的热力膨胀,加之低压区冻结线的障碍阻挡,才使得内太阳系轨道达到今天的清洁标准。轨道是清洁了,但地球也失去了本可以再增大2~3倍的机会。
木星与土星的公转频率曾达到高度的2:1轨道共振,这种共振使得行星胚胎、其他小行星及碎片没有再相互结合的机会,反而增加彼此间的碰撞撕裂。不仅于此,两者协力共振又使得小行星带整体远离内太阳系,还将本靠的较近一点的海王星抛向了更远位置。
木星土星也并不是一味对内太阳系进行索取,像地球等岩质行星早期,本是没有吸积水份的能力。事实上太阳超高温度,也不允许内太阳系环境有水份的存在。但正是两者2:1共振期,强烈碰撞致使部分冰质小行星以彗星形式撞向地球。这一阶段发生在约45~40亿年前。
地球小弟月球,也正是这其中一次的碰撞,因没掌握好力度,被剥离了出来。
两位“大哥”联手“攘外安内”的同时,自身公转周期也受到了扰动。在完成最后一次大规模送水任务后,两者失去了严格的2:1共振,大碰撞平息了。
2亿年后,地球走出了完全不同的路线。海洋里出现有机大分子,再然后出现植物进行光合作用制造充足氧气,紧接着陆地生命过上了吃着火锅唱着歌的安逸日子。
看起来,一切的安排都是如此紧凑,如此妥当,这个世界也似乎完全是日复一日的平静着。
然而1994年7月,一颗太阳系内的天体“苏梅克-列维9号”彗星撞向木星,其在碰撞前还裂解成21块碎片,其中一块碎片的撞击竟能产生了直径400公里的耀眼火球。这是人类首次直接观测到的太阳系内天体相撞事件。
2017年10月,一根来自太阳系外的雪茄状“神棍”奥陌陌,以每秒26公里的速度垂直黄道面穿越太阳系,曾经一度被担心会与系内天体发生碰撞。不过幸运的是,在人类还没搞清楚其真实构成之前就飞走了。但又有一点不可思议,奥陌陌的离去并不是径直穿透太阳系,其在越过黄道面后拐了个弯,似乎是打道回府了。
而近在本月13日,美国《自然》杂志子刊《地球科学》刊文称,月球正处于地壳构造活跃期。此前另有文章透露,月球尺寸相对于诞生之初已萎缩了100多米。我们不用担心的是,月震和尺寸萎缩,短期内不会对地球产生明显影响。
但种种事例表面,平静只是暂时的,是短期内的表象。行星聚合过程还没有结束,地球依然会遭到系内、系外及周边的多方面威胁。
地球的未来
对一代人来说,“未来”可能是一个遥不可及的远点;但对于地球及生命来说,“未来”也许就是触手可及的一个太阳公转周期(绕银心)。
未来,有着太多的不确定性因素。
★ 主/卫-体系威胁
我们已经知道,月球已被地球潮汐锁定,始终只有一个面对着地球。但月球对地球也有同等的潮汐引力,大海的潮起潮落就是一个很好的例证。只是主体行星(地球)由于质量比较大,尚未被完全锁定。
地球自传一周是一天时间,月球绕地球一周需要一个月。当主体行星自转快于卫星的绕行周期,潮汐凸起将经常性地被牵拉,角动量从主体行星的自转转移到卫星的公转。卫星获得能量,又将逐渐螺旋状外移。
当主体行星自传动能被持续释放,终有一天,地球和月球会彼此完全潮汐锁定,相互间始终都只能看到一个面。此时,地球自转极其缓慢,这对于长达数月甚至数年黑夜的另外半球来说,生命将无法持续。
★ 平行-体系威胁
地球传轴与黄道面有一定的倾角,对此,月球的潮汐力除了释放地球自传动能外,还会增加地核与地幔的摩擦做功,这将导致地球轨道变得难以确定。不仅地球轨道难以确定,太阳系的其他行星也会各自出现类似情况。即,在未来的李亚普诺夫时间里,各行星并非如当前一样各行其道,内太阳系也并不会一直保持当前的高度清洁,整个太阳系将回归混沌状态。
若干亿年后,火星的偏心率可以达到0.2,将与地球出现轨道交会;水星的偏心率会更大,在其远日点极有可能脱离太阳系,但在脱离之前,其势必也会与包括地球在内的其他行星发生轨道交会。
★ 恒/行-体系威胁
来自恒星威胁想必是大家最“熟悉”的,太阳保持主序星的时间还有约50亿年。其后,太阳外层将急剧扩张至1.2A.U.范围空间,会把地球完整罩在2,600K的高温气体云中。
此时,太阳是一颗红巨星,如果地球没有被裂解的话,其大气也将被恒星风完全吹离。而原本冰冻的冥王星可能有满足人类生存的适宜温度,这是太阳对外层空间的第一波侵袭。
此后,太阳内核将出现氦闪,继续燃烧氦气聚变出碳元素。当温度再次升高,会将第一次膨胀的外围氢和氦再一次向外层空间推送,形成行星状星云的光晕。抛射出来的物质还包括氦闪后的碳,这些重元素将成为未来子代恒星系统的组成物质。
★ 星系碰撞威胁
有科学家根据地球数次生物大灭绝事件,推测与太阳系公转有关。虽然太阳系公转周期长达2.2亿年,而生物大灭绝事件只有几千万年间隔,但地球生物受影响的不是在太阳公转轨道的某一个固定点位,而是当太阳系处在银河系四条旋臂位置,都会对太阳系成员造成不小的扰动。
另外,有足够的观测数据表明,本星系群中最大星系仙女座正以每秒120公里的速度撞向银河系。当然,这只是20亿年后的事情,目前还忧虑尚早。但真当到了那一天,太阳系又将如何,我们的地球又将何去何从,估计谁也没有答案。
任何一次小小变故,都可能对地球造成毁灭性的伤害。在宇宙长河里,地球还是太脆弱了。但作为哺育数以亿计的生命摇篮,地球之母又是绝对伟达。
或许人类可以做到对地球哺育生命的延续,在众多不确定性威胁发生之前,将地球生命种子播撒到宇宙空间的其他温床之中。
如果,我是说如果,一切自有安排,又将是什么结局?
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