第七章 一勺星星(1 / 1)

如果一块太阳碎片或一个黑洞出现在地球上,那会如何?

有什么东西比美好的大晴天更让人开心呢?湛蓝明亮的天空、芳香的空气、皮肤上那种热乎乎的感觉……毫无疑问,太阳是我们见过的最美妙的事物:是它向地球上所有生态系统提供能量,使水循环和光合作用成为可能;太阳照耀着地球,让这里成为适合生命繁衍的地方;它在地球上洒满阳光,创造了白天。但是,太阳就像一座活火山,我们只有在安全线以外才能充分地欣赏它。因为从近距离看,它真的十分危险。

美国的帕克太阳探测器(Parker Solar Probe)发射于2018年8月,用以研究我们的这颗恒星。按照设想,它要运动到距离太阳6 000 000千米(约为地月距离的15倍)的地方:在这一距离下,该探测器表面的温度达到了1300℃。因此,美国国家航空航天局(NASA)的工程师在探测器上安装了一块主要由碳制成的宽2.4米、厚度足足有11厘米的防热罩。

太阳表面的最高温度有5500℃,足以熔化我们认识的所有材质。但与太阳核心的最高温度相比,5500℃还算不上什么。还好我们离太阳有1.5亿千米。

哪怕仅仅有一小块太阳碎片出现在地球上,都能导致伤害极大的后果,不过伤害大小很大程度上取决于这块碎片来自太阳的哪块区域。可想而知,碎片的危险性随着它同太阳核心的距离缩短而升高。

现在我们从太阳的外层[1]——色球层(cromosfera)开始说起,也就是太阳的大气层中最底下那层[2]。色球层的厚度约为5000千米,温度达数千摄氏度,密度极低,不超过地球上大气密度的一百万分之一。出人意料的是,真正造成麻烦的不是温度,而是密度。如果一小块色球层碎片被带到我们面前,我们压根儿就看不见,因为它太稀薄了。但我们会感受到它的影响。事实上,将一个压强小的物体置于另一个压强更大的物体之下,前者会被压扁。压强差值越大,它被压扁的时间就越短。所以,前面提到的那一小块碎片应该会爆炸,产生一阵相当强烈的冲击波。那效果就像是超过10千克的TNT爆炸。如果一个人离得太近,他的内脏器官将受到损伤,还可能会死掉。

这种情况自然不安全,但还有更糟糕的。色球层以内是光球层(fotosfera),即太阳表面上可以观测到的部分。再往里则是所谓的对流层(zona convettiva),之所以叫对流层,是因为能量传递到这里是通过气体对流的方式。请想象一锅沸腾的开水,由于温度不均等,锅里的水会上下翻动,太阳的对流层里就有大量物质像这些水柱一样对冲。只不过对流层里的“柱”高超过200 000千米,温度达到数千摄氏度。我们假设一下,比光球层略靠内的对流层的一小块突然出现在地球上。这一小块的密度比地球上的空气密度小很多(大约是1/10 000),但高温产生的压强能防止其自身爆炸。还好,不会产生冲击波。但热能却不能忽略:它的亮度足以让人失明(即使持续时间很短),周围区域还会起火。产生的等离子会冷却直至变成气体,然后飘散到火烟中去。这又是一幅不讨喜的情景,但真正的悲剧还在后头。

对流层以内是辐射区(zona radiativa),厚度约为300 000千米:这里的能量来源于光本身。辐射区最外层部分的密度大约是水的1/5,温度为2 000 000℃。如此高温的等离子当中如果有一些到达地球,它们将会释放出等同于一颗原子弹爆炸的热能,数千米以内的任何物体都将被摧毁。如果是发生在大城市里,相当于又发生了一次广岛事件,瞬息间成千上万甚至数十万的人都会死去。但这场灾难不会像当时原子弹爆炸后一样有放射性尘埃降落,所以活下来的人不必担心接下来会生病。好歹也是个安慰……

现在我们到了太阳的最里层,即产生能量的地方:核心(nucleo)。这里的密度更高,足足是水的150倍,温度约为1600万摄氏度!如果太阳核心的一小块出现在我们眼前,那它一定是我们见到的最后一个东西。

现在你们想象80个沙皇炸弹同时爆炸,或者愿意的话,你们也可以想象一个宽330米的小行星撞击地球,这就是一小块太阳核心出现在地球上的后果:300千米内的所有东西都会被彻底毁灭,危害甚至会波及数千千米之外。但地面上的变化并非最严重的后果。事实上,整个地球大气将满是灰尘,导致阳光无法穿透进来。地球上各处的温度都会骤降:我们将经历一个持续数十年的冰川时代。这是全球变暖的终结,也可能是人类这一物种的终结。

我们要把这个教训刻在脑子里:永远不要将一块太阳核心带到地球上。这不是个好主意。

但即便如此,太阳的组成物质还不算是宇宙里最危险的东西。比如中子星,它的性质十分特别。要形成一颗中子星,首先需要一颗质量为太阳质量8~20倍的恒星。这类恒星内部的可燃烧物质消耗殆尽的时间在500万至5000万年不等,视其最初质量而定。到那时,其核心的组成物质便只剩下铁和镍了,它的结局只有一个:若要继续核聚变,不可能不损失能量,因为它无法产生更重的元素。当核聚变的反应停止时,由于自身重量,其核心会以光速的20%坍缩,质子和电子间发生剧烈的反应后变成中子。这一团密集的中子会变成一个特别烫的球,在太阳上挖出一个同罗马城一般大的球,都比不上这个中子球的质量大。由于核聚变反应停止而不再产生压强,原恒星上的大量物质会向位于核心的中子球急速坠落,在撞上中子球时反弹,并产生一阵足以使它们裂成碎片的强烈冲击波:这便是超新星爆炸,其亮度超过整个银河系里恒星的总亮度。恒星的核心将保存下来,形成一颗中子星。

这些中子星的密度特别大,一小勺的质量就有十亿吨重,相当于珠穆朗玛峰的质量。这可以用来解释一句话:“恒星的数量很多,数也数不清,而涉及中子星时,重点是密度。”

挖一小勺中子星到地球上会造成不少麻烦。你们肯定知道,用力摇晃后打开一听可乐的场景,就是这样,你们可以想象类似的事情发生在天文学领域。这些中子出现在我们的地球上之前,被中子星自身的巨大引力“捆绑”在一起。但到了地球上,那个引力可就没了:所以这些中子会散开来,中子星的密度将会减小。说“散开”是打个比方,更准确的说法是这些中子会“爆炸”,且爆炸威力巨大,足以毁灭地球上大部分东西。

这还不算完。这些中子解脱束缚15分钟后将会衰变(转化)成质子。除了质子,衰变还会形成电子和反中微子(antineutrino),不过更重要的是,该过程能释放出一些能量。又因为那一勺中子星里包含了许多中子,所以它们衰变后释放出的总能量就是个大数目了,为180亿吨当量,相当于3.6亿个沙皇炸弹爆炸。或者换个说法,相当于6500万年前小行星撞击地球时释放能量的100倍,正是那次撞击导致了最后一次生物大灭绝[3],让恐龙在地球上消失。

那一小勺中子出现在地球上15分钟以内,地球就玩完了。我们真的可以称之为“可怕的一刻钟”。

然而,还有更致命的天体:黑洞。它的情况比中子星还要复杂。在太阳或中子星上取一小块,理论上是有可能的,而黑洞却被视作一个实际上看不见的物体。没有什么能从黑洞里逃出来,所以也没办法从中分离一小块带到地球。至今观测到的最小黑洞的质量为太阳质量的3.3倍,直径为19千米。比这更小的黑洞就只能靠想象了,但并非完全不可能。

我们想象一个直径1毫米的黑洞出现在地球上。它的质量相当于5个月亮,或地球质量的11%。地球与月亮之间的引力将会发生变化,而且月亮轨道也会发生巨大的变化,甚至不排除它有可能撞到我们的地球上,然后碎掉。

就算我们能幸运地躲过这次撞击,但是距离这个黑洞2100千米内的所有东西都会受到它的引力影响,影响比地心引力还大。大量物质将会被这个天体吸引进去,形成一个“吸积盘”(disco di accrescimento),这个“盘”的温度会迅速上升到数亿摄氏度。每一秒都有相当于1千万个沙皇炸弹的能量以热能和γ射线的形式被释放出来。世界末日都不足以形容这种景象。这还不算完呢!黑洞不用费多大力气就能到达地球中心,吸入大量物质,只需40多分钟,又突然从地球的另一边冒出来。地球要完蛋了。

假如黑洞在我们周围绕轨运动,它将会吸引所有离得够近的物体:生物、山、海洋、地壳,甚至是地幔的一大部分。留下来的东西也都会化成碎片,共同组成一个巨大的黑洞吸积盘。黑洞的这顿“饱餐”之后,有关地球的将只剩下回忆。

不用比了,若要给“最危险的1毫米宽的物体”排名,黑洞绝对是第一。但希望我们不用亲自给它颁这个奖……

[1] 在色球层外还有一层范围更大的日冕层,其半径可以达到太阳半径的数倍。——编者注

[2] 若将太阳大气分为三层,即日冕层、色球层和光球层,则色球层位于太阳大气的中间层。——编者注

[3] 地球历史上一共出现过5次生物大灭绝。