每年1.5釐米,地球正在遠離太陽,這是要脫離太陽系嗎?

在我們的常識中,地球在繞軸自轉的同時每一年還會繞著太陽沿橢圓軌道轉一圈。

並且我們認為,地球繞著太陽的橢圓軌道是一個完美的閉合軌道。

也就是說地球總是重複著同一軌跡繞著太陽公轉,而且地球繞著太陽公轉的時候,平均速度是不會發生變化的。

每年1.5釐米,地球正在遠離太陽,這是要脫離太陽系嗎?

如果以上的說法成立,那麼地球繞著太陽的軌道是穩定不變的,只有當太陽消失的那一刻,地球的軌道才會發生變化。

但真實的情況並不是這樣的,因為以上所發生的事情基於這樣一個假設:

地球和太陽是一個孤立的系統,地球只受到了太陽的引力,太陽系中沒有其他行星對地球產生任何引力影響;

地球和太陽是一個孤立的點質量,並且它們的質量沒有任何的損失;

地球繞太陽公轉的空間,是一個完全的真空地帶,那裡沒有帶電粒子和塵埃;

廣義相對論中沒有所謂的引力輻射效應。

很明顯以上的假設都是錯誤的,它們的存在就會導致地球繞太陽公轉的時候,軌道會發生輕微的變化。

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這種變化之小在一年中是我們無法察覺的,但是一年時間對太陽系來說就像是眨眼一般,太陽系誕生至今已經有45億歲了,在如此漫長的時間中地球繞太陽的軌道已經發生了很明顯的變化。

並且是不可忽略的變化,並且這種變化在未來還會持續的累計,持續的影響著地球的命運。

那麼接下來的問題是,地球的軌道是如何變化的?它是在遠離太陽還是在靠近太陽?在未來地球會脫離太陽系,還是墜入太陽呢?

每年1.5釐米,地球正在遠離太陽,這是要脫離太陽系嗎?

先說答案,目前可以肯定的是,地球正在以每年1。5公分的距離遠離太陽,而且地球在繞著太陽公轉的時候,平均速度每年會下降3奈米/每秒。

這是否意味著未來地球會脫離太陽,進入寒冷、黑暗、深邃的星際空間,變成一個冰封的雪球?

事情並沒有這麼簡單,地球現在遠離太陽只不過是暫時的,未來它還是會螺旋靠近太陽,最後會撞向太陽!

為什麼會這樣?下面我們就先說下地球為何現在在遠離太陽。

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造成地球現在遠離太陽的最大因素是因為太陽本身,它的質量一直在減小,施加給地球的引力也在減小,所以地球現在的軌道是在螺旋遠離太陽。

太陽質量在減小,這件事不難想到,因為太陽每時每刻都在散發著大量的能量,能量本身又不可憑空而來,是太陽核心內部的核聚變產生的。

當太陽核心將四個質子融合成一個氦原子核的時候,生成的產物質量就會減小7%,這部分質量就會透過質能方程轉化為純能量。

由於太陽內部每秒鐘參與反應的質子數達到了4×10^38,這是個天文數字,所以太陽每秒鐘就會損失掉400萬噸的巨大質量。

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(這些質量乘以光速的平方全部變成了能量,你想下太陽釋放的能量有多驚人)

每秒鐘400萬噸,那一年呢?也是個非常龐大的數字,足以影響到太陽給地球提供的引力發生輕微的減小。

根據估計太陽從誕生到今天因為核聚變損失了95個地球,相當於一個土星的質量,你想想一個土星消失了,這足以造成今天的地球軌道和45億年前的地球軌道非常不同。

其實太陽除了核聚變會損失質量以外,還有一個不容忽視的效應就是太陽風。

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太陽雖然質量巨大,核心密度達到了固體鉛的數倍,但是外層卻很鬆散,密度比水還要低,因此太陽在發出輻射的時候,會將外層光球層的氫原子核、電子,甚至是將更重的原子核帶出來;

向外拋灑就像一陣風一樣,因此成為太陽風,太陽除了日常的向外拋灑粒子以外,有時還會爆發比較大的事件,例如太陽耀斑、日冕物質拋射等等,這些現象就像是刮龍捲風一樣,會將更加多的物質帶離地球。

根據估計僅僅是太陽輻射每秒鐘就會帶走太陽160萬噸的物質,這也會影響太陽對地球的引力。在整個太陽生命週期內,因為太陽風太陽已經損失了30個地球,損失的質量還是相當可觀的。

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而且彌散在整個太陽系中的,太陽風也會對地球產生一些微小的影響,我們常聽說太陽風具有壓力, 這是因為太陽風中的帶電粒子以非常高的速度飛行,它們具有動能;

在撞擊到任何物體的時候都會因為傳遞動能而產生壓力,那麼地球在外太空飛行的時候就會與太陽風每時每刻發生碰撞。

從而減小地球公轉時的角動量,這種效應也會導致地球公轉速度減慢,軌道外移。不過由於地球質量很大,太陽風的影響還是微乎其微的,每百萬年只會將地球軌道向外推一個質子的寬度。

以上三種現在對地球軌道影響較大的效應加起來,就造成了每年地球軌道外移1。5公分,速度每年減少3奈米/秒,也就是地球現在在向外螺旋遠離太陽。

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1年挪個1。5公分聽起來不多,但是在45億年間地球已經向外挪了大約50000千米,速度降低了10米/秒。

但是這樣的軌道螺旋向外並不會一直持續,中間還會發生一個非常大的事情,這個事情有可能徹底的終結地球。

也就是太陽大約會在70億年(具體事件是說不準)以後,因為核心氫元素的消耗殆盡膨脹為一顆紅巨星,到時太陽的體積會比現在大100倍。

太陽體積的增大肯定是會吞噬掉水星和金星的,但是會不會吞噬地球現在還說不準。因為在太陽膨脹為紅巨星的時候,損失質量的速度會大幅增加,這時地球的軌道會急速的向外擴張。

每年1.5釐米,地球正在遠離太陽,這是要脫離太陽系嗎?

也許地球會倖免於被太陽吞噬的厄運,但是就算是地球活了下來,屆時它也會被烤成一顆火球。所以人類也早就滅絕了。

接下來的事情就不是我們操心的了。但是我們依然可以預測倖存下來的地球未來的命運。

太陽在膨脹為紅巨星以後,時間不過1億年,太陽就會在行星狀星雲的爆發中徹底死亡,將外層的所有物質拋灑出去,中心會留下一顆白矮星。

白矮星不是恆星,它沒有核聚變,它自身的溫度來自於太陽核心的殘留以及引力的收縮機制,一顆白矮星想要透過熱輻射徹底的冷卻下來將數萬億年的時間。

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到時如果地球還存活的話,唯一能夠影響地球軌道的因素就剩下愛因斯坦的引力輻射了。也就是地球在繞著白矮星公轉的時候,所發出的引力輻射會帶走地球的軌道能量,造成軌道衰減。

也就是說,這時地球的軌道將螺線向內靠近白矮星,直到有一天撞向太陽的屍體。

不過小質量天體的引力輻射非常微弱,因此想要地球撞向太陽至少需要10^26年的時間,這比宇宙現存的時間都要長了很多。

所以這更不是人類擔心的事情。

地球現在正在遠離太陽是事實,但遠離的速度並不快不會影響到人類的生存,未來它也不會因為現在遠離太陽而脫離太陽系。

但是未來太陽肯定是會和太陽相撞的,就看是進入太陽晚年紅巨星的懷抱,還是撞向太陽屍體了。

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