如果我们尝试用水浇灭太阳,那会如何?
太阳对于地球是不可或缺的。如果它不存在,我们的地球就会在漆黑、寒冷的宇宙中毫无目的地四处游**,生命也绝不可能继续繁衍。但这一论断仅在保持现在的地质时代、日地距离以及地球公转轨道不变的条件下成立。因为数十亿年后的太阳特别大,特别热,地球上的生命将会消失。此外,如果我们离太阳更近一些,或更远一些,就不会形成适合生命发展的气候条件了。总之,现有环境是完美的,没有任何理由改变这些环境。
但我们假设,出于某个神秘的原因,在某个炎热的夏天早晨,人类想要熄灭天空中闪闪发光的那个可恶的火球。怎么做呢?他们决定用水,用好多水:毕竟人人都知道水能灭火。那将会发生什么?
在阐述接下来会发生什么之前,有必要明确一件事:实际上,我们的太**本不是火球。火灾的本质是某物质接触氧气后燃烧并释放出一定能量的化学反应。我们都知道灭火的方法之一是隔绝空气:将燃烧物体盖住,使其隔绝氧气。比如,要熄灭蜡烛,可以用一个容器把它盖上。不过,太空里没有氧气。太空实际上是真空,所以在很多科幻片里,如果太空舱里某物着火了,最好的灭火办法是打开舱门,让空气流出去。
我们的太阳与此完全不同,它的热量来源比一场火灾的原因复杂多了。在太阳内部,或是在任何一颗恒星内部,产生能量的是核聚变,氢核变成氦核的过程便是在高压(最高可达地表压强的3400亿倍)、高温(最高达1500万摄氏度)条件下发生的核聚变。这种聚变完成后会释放出巨大能量。这类聚变反应的名称是“质子-质子反应”(fusione “protone-protone”),它是太阳上氦元素的主要来源。几乎所有能量都是这么产生的,所以,氢是太阳最主要的燃料。或许首先我们可以想象,如果尝试用和太阳等大的一“桶”水浇灭它,将会发生什么。当然了,我们假设能够找到这么多的水,并且有足够大的火箭运送这些水,并确保它们不会在太阳附近因温度过高而蒸发。
水蒸气(化学式为H2O,即两个氢原子与一个氧原子)会分解为它的原料(氢和氧)——我们把水泼向太阳得到的唯一结果是太阳变得更大、更热。一个比现在更大的太阳会对其核心产生更大的引力和压力,使参与核聚变反应的氢增多,于是产生的能量也会增加。这无异于火上浇油。
为了理解事情将有多糟糕,有必要解释氧原子在脱离水分子后会做什么。“质子-质子反应”不是太阳产生能量的唯一来源,还有另一个核聚变反应能产生能量,它叫“碳-氮-氧循环”(ciclo carbonio-azoto-ossigeno),或称“CNO循环”。这一过程产生的能量占太阳总产能的一小部分(约1/100)。但对于比太阳大20%~30%的恒星来说,这一过程释放的能量却是最多的。实际上,如果一颗恒星的质量是太阳的1.3倍以上,那么CNO循环便是它最主要的能量来源。而在质量不足太阳1.3倍的恒星内部,最主要的则是“质子-质子反应”。这正是第二个问题:一方面,通过输入氧元素,我们给这些CNO反应提供了更多原料;另一方面,我们泼到太阳上的水会使太阳的质量几乎翻一倍,“新”太阳将会是“掺水”前的1.7倍。所以CNO循环将会变成太阳上最主要的产能反应。这就是人们常说的帮倒忙:本想熄灭太阳的我们,却把它变得更大、更热、更“怒火中烧”了。
我们将会看见比原来亮6倍的太阳,其表面温度更高了,高了约1500℃,体积也更大:我们看见的不再是一个橙色的球,而是一个近乎发白的浅蓝色的巨星(因为更热),它会释放出不计其数的紫外线。我们知道紫外线对身体健康危害极大。现在我们有臭氧层保护,但面对新的太阳,臭氧层也无能为力。我们的生物圈很可能会被烧焦,表面和地下几米内的生物将无一生还。由于温度过高,在地球上最热的区域,我们甚至会看见海洋燃烧起来。唯一可能躲过此劫的办法就是到地表以下,待在数千米下的地洞里,重返地面希望渺茫,停留几秒也不行,除非某种防护服有高科技装置,能保护我们躲避致命的辐射。蓝色的天空和迷人的日落在几代人以后也许会变为传说。
好消息是,至少不用担心太阳爆炸变成超新星了:要想变成超新星,它的质量必须是现在的8倍。要真是这样,我们就平安无事了:一旦氢元素消耗殆尽,我们的太阳就会变成一个红巨星,最终很可能变成一颗白矮星,结束自己的生命。然而太阳变大将会缩短它的寿命。事实上,一颗恒星的质量越大,它的存活时间就越短。我们的太阳能活100亿年左右,有些恒星更大,寿命不超过1千万年。让太阳变大很可能会导致它的寿命缩短到30亿年以内。说得更清楚一点:如果太阳体积是现在的1.7倍,那它早该消亡了。地球上的生命根本不会演化成现在的样子,最多只能出现早期微生物。
但我们的目标是熄灭太阳,而不是让它变得更热、更大、更可恶。真没办法让它熄灭吗?我们说过,产生能量和热量的是太阳核内发生的核聚变反应。我们知道这些反应发生的条件是超高压和超高温,那么只要减压、降温,直到“关闭”核聚变反应。很简单,不是吗?数据表明,如果要实现这个想法,那么将水泼到太阳上的速度就得达到光速,这样做能成功让我们的太阳变成碎片,它的质量将会减小,对核心产生的压力也会随之减小。最终温度降低至终止所有核反应。大功告成,我们熄灭了太阳,将地球从被烤熟的命运中拯救了出来。只可惜,我们将回到一片漆黑之中,并且再过几个月,气温会降到-80℃左右。世界上几乎所有动植物都会死亡。我们的地球将变成木星的某些卫星或土星那样冰天雪地的世界,液态水只存在于厚厚的冰层下。几年后温度将会更低,不仅地表覆盖上一层几米厚的冰,就连大气都会结成冰落到地上。
人类,或至少活下来的人,可能只得住到深海里去,将海底地热能源作为主要的能量来源。不仅如此,由于质量减小,太阳的引力也会减小,而地球绕其公转正是因为引力作用。地球将会失去宇宙中的参照点,和太阳系里的其他行星一起朝太空深处直线飞去,徘徊在银河系的迷宫里数百万乃至数十亿年。
真棒!我们本想熄灭太阳,现在最好的结局却是被煮熟或冷冻结冰,在黑暗宇宙中无止境地漂泊。算了,还是换一个消遣方式吧。