本文基于回答网友问题:“假设地球被一颗乱入太阳系的大星球遮挡住了太阳光线(纯脑洞),地球上的生命该如何生存?”这真的只是一个纯脑洞问题,因为这种事情不可能发生。但既然纯脑洞,我们就不妨按科学逻辑推理一下。
一个星球要遮挡住太阳到地球的全部光线,前提是要夹在太阳与地球公转轨道之间,而且要和地球公转速度与太阳形成的关系契合,一直挡在太阳与地球之间。因此,这个星球要足够大,且足够巧合。
如果真有这种奇葩事情发生,单纯从挡住太阳光来看,所导致的影响大致为:
没有了太阳辐射的能量,所有生命都将枯萎和死亡,最终在地球上消失。但这种消失是渐进的。首先是依靠光合作用生长的植物会凋谢死亡,这就导致了食物链基础没有了。就像做房子一样,基础没有了,上层建筑都将倒塌。从食物链来看,没有了植物,最先受到威胁的是植食动物,包括微生物,没有了食物来源,都很快会灭绝;之后是依靠植食动物为食生存的食肉或杂食动物,也将被饿死灭绝。
有人可能认为,人类科学技术文明已经发展到了今天,即便没有了阳光的能量,也可以在地底下或者人造太阳(光照)的条件下,继续从事种植业和养殖业,从而满足人类和一些动物的生存需要。但这只是一种理想,这种理想或许能够保留住极少数的人种苟活下去,但在这之前,是数十亿人类的不断毁灭过程。
因为,人们除了吃喝拉撒,还需要御寒保暖,需要应对瘟疫和疾病。而在没有阳光的情况下,社会资源是无法保障数十亿人口生存需要的。
而且,没有了太阳辐射,地球将很快会降温,全球温度将降到零下数十度乃至零下一两百度,在这种极端的寒冷中,一切都将冻住。只有在地底下,如果能够形成生态循环保障,人们才有生存下去的希望。但这种寒冷和黑暗如果遥遥无期,希望也将变得越来越渺茫。
或许随着生存方式的改变,人类会创造出一个地下文明。但即便建设出很规模的地下城市,地球要养活现有的80多亿人口也不太可能,我觉得能够勉强保留一亿人就非常不错了。这样,就有90%的人口在数年内全部牺牲掉。想想这种场景,将是一个多么可怕灾难。
但问题是,真正的后果要远比这种简单想象恐怖很多。
因为一个能够挡住地球全部阳光的星球,真的能够来到地球附近,就不仅仅是带给地球黑暗和寒冷的问题了。这颗星球必须很巨大,才能够挡住地球全部阳光,巨大的星球引力将扰乱了整个太阳系的引力平衡,这种灾难根本等不到遮挡阳光就会降临。
至于多大的星球才能遮挡全部地球阳光,则要看这颗星球距离地球有多远。一般来说,要挡住太阳射向地球的全部光线,距离地球越远,所需的圆面积就越大,星球的体积和质量就越大,引力也越大。
我们以月球为例,当月球挡住太阳形成日全食天象时,月亮的本影投影在地球上会形成一个约250公里直径的阴影区。月球的直径为3476公里,遮挡阳光在地球上形成的阴影区直径约为其本体直径的十四分之一。
因此,这颗遮挡全部地球阳光的星球挨着地球的话,所需的体积与地球大小差不多,或者大一点就行了。如果在月球这么远的距离,这颗星球就需要月亮直径约14倍,也就是一个直径约4.86万公里的星球,与海王星差不多;再远一点呢,就需要一颗像木星这么大的行星了。
如果在金星位置,也就是距离太阳约1.08亿公里(0.725天文单位),约在地球到太阳直线距离三分之一的位置,遮挡住全部地球阳光,就需要约太阳直径0.3倍的星球。太阳直径为139.2万公里,木星直径约太阳直径的十分之一,0.3倍太阳直径就是相当3个木星叠加起来的直径。
这样会发生什么样的情况呢?
整个太阳被遮挡了,地球已是暗无天日,寒冷将很快降临。但问题是人们等不到由于遮挡太阳辐射而导致的各种后果,灾难会更早降临。现在我们只以木星这么大的星球为例,看看当它来到地球附近会发生什么。
木星的质量约为地球的318倍,直径约为地球的11倍,体积是地球的1321倍。当木星距离我们只有月球这么远的情况下,其引力潮汐力会对地球产生巨大撕扯力,很快就会将地球潮汐锁定,就是地球只有一面永远向着木星。
强大的潮汐引力,会将地球的海水拉扯到一到二千米的高空,坚硬的岩石地壳也会变形,所有的火山都会被陆续催醒爆发,超强的地震在全球此起彼伏天崩地裂,整个地球表面山呼海啸,岩浆横流,火山灰扶摇直上,迅速弥漫遮盖全球,全球所有建筑将很快被摧毁殆尽,地壳破裂让内部高温大量外溢,全球气温短期内会迅速升高。
此时的整个地球将完全陷入地狱般的恐怖景象,生命在这种炼狱中会很快消失。
即便还有极少数的人类或生命在挣扎,还要面临一个可怕的后果,就是地球大气在木星巨大引力下都会被吸走逃逸,地球将变成一个真空或者大气极其稀薄的世界,依靠氧气生存的生物都将被憋死。这时,厌氧生物或许会活跃起来,但高温又会要了它们的命。
木星与地球的超近的距离,还会完全改变地球正常的运动轨迹,地球将无法再围绕着太阳运转,会被胁迫成为一颗木星的卫星,围绕着木星公转。如果公转速度不提高的话,地球将被缓缓拉向木星怀抱,当距离到达木星的洛希极限,也就是约5.6万公里到10.93万公里之间的时候,地球就会被木星强大的潮汐力撕碎,分崩离析,残骸最终会掉进木星浓密的大气里,被吞噬得无影无踪。
如果这颗星球距离地球更远的话,要完全遮挡太阳就需要更大的体积,质量也将随之增大,引力对地球甚至太阳的扰动就会越大,导致的后果就会更复杂更严重。但不管何种情况,地球都没有好果子吃,绝不是仅仅被遮挡太阳光线这么简单,也不仅仅是生命能否存续的问题,而是地球本身会不会被摧毁的问题。
其实,灾害还会在更早的时间就发生。
因为如果真有一颗巨大的行星闯入太阳系的话,不会等到它来到地球附近才发生以上后果,而是在它闯入的那一刻开始,整个太阳系现有的运动秩序就会被扰乱了。
要知道,太阳系的引力半径有一光年以上,真有一颗巨大的行星进入了太阳系引力范围,一直向着地球、太阳飞过来,这个过程也是非常漫长的。即便这颗行星以每秒100公里的速度,从太阳系边缘飞到地球附近,也需要飞三千年。在这三千年时间里,这颗行星的引力会越来越大地影响着太阳系其他行星的运行轨迹,当然也会逐步影响地球的运动轨迹。
不过,行星运动速度如果达到100公里的秒速,就远远超过了第三宇宙速度(秒速16.7公里),也就是太阳系的逃逸速度。这样,太阳引力是无法留住这颗行星的,它只会成为太阳系的一个过客。就像2017年从地球附近掠过的太阳系外小行星奥陌陌,绕着太阳转了一圈,就头也不回的朝着太阳系外飞去。
奥陌陌很小,只是一颗长约四百米,宽约40米的雪茄状小行星,掠过地球时秒速为26.3公里,这已经大大超过第三宇宙速度,太阳引力也无法抓住它。但奥陌陌的微弱引力并不会给太阳系行星造成可观测影响,如果能够遮挡地球阳光的星球闯入,就另当别论了。
如果真有如此巨大的行星朝着地球高速飞来,其引力对地球的扰乱就会越来越大,其影响过程很复杂,人类目前的科技水平根本没有能力来应对这种灾难。有一点可以肯定地是,如此巨大的行星高速向地球飞来,不会等到它到达能够遮挡地球阳光的位置,人类就已经灭绝,根本无缘看到这种奇葩的景象。
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