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行星如何以及为何死亡?

2019-6-13@艾米 0 评论

大多数行星可以存在很长很长时间,但它们不会永存。饥饿的恒星和行星暴力的邻居可以彻底摧毁这个世界,而撞击和过度的火山活动可以使一个宜居的世界丧失水资源,变得贫瘠。据我们所知,也有许多理论上的方法可以使一个星球终结。

行星如何以及为何死亡?

气候灾难

地球的气候循环在确保地球既不太热也不太冷以维持生命方面起着重要作用。但是,对于像地球这样的岩石世界的气候而言,不需要太多的时间就可能遭受重创,引发一些事件,导致一个极热的星球或雪球世界。

在地球上,温度是由大气中二氧化碳的量来调节的。大气中的二氧化碳和其他温室气体(如水、甲烷和一氧化二氮)起到毯子一样的作用,通过减缓太阳的辐射逃逸到太空的程度来保持地球的温暖。当二氧化碳在大气中积聚时,它会使地球表面升温,导致降雨更多。随后,降雨会从大气中除去一些二氧化碳,并将其沉积在海底的碳酸盐岩中,地球开始冷却。

如果二氧化碳在大气中积聚的速度快于它可以被重新吸收到岩石中的速度,例如,由于火山活动的增加,它会引发失控的温室效应。温度可能升高到水的沸点以上,这对于维持生命是一个问题,因为我们所知道的所有生命都需要水。温度上升还会让大气逃逸到太空,从而消除保护罩,使来自行星太阳和其他恒星的辐射转向。

行星如何以及为何死亡?

如果行星变得足够冷,它可能会成为一个雪球世界。

高温并不是气候变得致命的唯一途径。当一颗行星变得足够寒冷时,那它将变成一个雪球世界,一个覆盖着冰的岩石物体。冰雪很明亮,将大部分恒星的热量反射回太空,导致世界进一步冷却。在一个有火山喷发的世界上,火山喷发可以将二氧化碳和其他气体排放回大气层,使世界变暖。但如果雪球状况发生在一个缺乏板块构造的行星上,因此也没有火山,世界可能会被永久地锁定在雪球状态。

所有可能承载生命的行星都面临着气候灾难的风险,这可能使一颗行星无法居住,但却无法彻底摧毁它。

熔岩还是生命

相邻的世界拉扯可以拉动行星的轨道,这会对行星的内部造成压力,并增加星球中间层(即地幔)的热量。这种热量必须找到一种逃逸的方法,最典型的方法是通过火山。

火山活动可以显着影响行星的环境。火山喷发到大气中的气体和尘埃颗粒会影响到行星的大气,使行星冷却,并使其不受外来辐射的影响。1815年,地球历史上最大规模喷发的坦博拉火山爆发,喷出了大量火山灰,降低了全球气温,使1816年成为所谓的“没有夏天的一年”。

火山也会产生相反的影响,全球变暖。因为它们将温室气体排放到大气中。频繁和大规模的火山爆发可能引发一场失控的温室效应,将像地球这样的宜居世界变成更像金星。

我们不必寻找一个真实的火山世界的例子。木星的卫星Io(木卫一)是太阳系中最活跃的火山体,有数百座火山不断喷发。如果地球被木星的引力拉得太猛,地球的火山活动就会比木卫一高10倍。

彗星灾难

岩石小行星和冰冷的彗星是行星的“碎屑”,可能对邻近世界造成严重问题,特别是当它们被冰和气体巨人投掷时。

当当行星进入它们的最终轨道时,它们的引力拖拽可以使小行星和彗星四处移动。有些可以被推到行星系统的外围,而另一些则被向内推,最终与生命可能正在努力进化的岩石世界相撞。

在我们的外太阳系中,海王星进入其永久轨道的最后一次运动将多颗彗星向内推进,将它们从一颗行星送到另一颗行星,直到到达木星。木星将这些冰体中的一部分向外抛掷,而另一部分则被向内抛掷到地球上,这一时期被称为为晚期大撞击。

行星如何以及为何死亡?

艺术家画作中的早期地球

今天,地球每天以尘埃的形式不断积累大约100吨的行星际物质。根据NASA近地物体研究中心的数据显示,直径大于100米的物体每1万年才会撞上一次,而直径大于1公里的物体每隔几万年才会撞上一次。

当巨行星将这些破坏性的碎屑扔向太阳时,碰撞会飙升,撞击也会更加频繁。中等大小的物体会把尘埃和碎片抛到大气中,这会干扰大气过程。巨大的撞击可能会造成更严重的后果,不仅是因为地面零点处的破坏,还因为它们可能会抛出足够多的碎片,造成冲击性的冬季,使地球进入一个迷你的冰河时代。由于连续不断地释放出足够多的影响,气候影响可能会相互影响,直到最终使世界无法居住。

基于对其他恒星周围发现的行星残骸的观测,星系中大约10亿个类地行星将最终被小行星的撞击摧毁。

一个坏大哥

作为太阳系中仅次于太阳的最大质量物体,木星就像一个保护性的大哥,保护较小的岩石行星不受碎片的破坏,而其他星球上的巨人也可能扮演同样的角色。但是,如果像木星这样的气体巨行星变得不稳定,它可能会对周围较小的星球产生毁灭性的影响。

在恒星形成之后,剩下的物质盘产生了行星。来自盘中气体和尘埃的引力拖拽会对行星产生作用力,并能在最初的几百万年中保持在气体巨人的队伍里。然而,一旦它消失,行星可以更容易地改变它们的轨道。因为巨行星比它们的岩石兄弟小得多,它们的引力可以在改变较小行星的轨道上产生显著的差异。但是大世界并不能免疫;两个巨大的行星可以互相牵引,甚至可以彼此非常靠近。这些巨人很少发生碰撞,而是互相提供引力。最终,一些星球可能会被完全踢出轨道,并在没有任何恒星的情况下漂浮在太空中。

大约50亿个岩石世界被气体巨人摧毁。大部分破坏可能发生在行星形成后不久。然而,在生命有时间进化之后,少数可能发生在系统的后期。如果在行星生命后期,只有1%的气态巨行星变得不稳定,那么有可能有5000万个行星系统将其抛入恒星,摧毁了有人居住的星球。

行星如何以及为何死亡?

行星可以被摧毁的一种方式是相互碰撞,但这不常见

恒星吃零食

像行星一样,恒星也会终结,它们的转变会对围绕它们运行的行星产生巨大的影响。

例如,红矮星可能需要1亿多年才能达到它们的长期亮度,比太阳长10倍。绕着红矮星运行的行星可能在可居住的区域内存在几百万年,但随着恒星变得更亮,任何维持生命的水都可能在更高的温度下蒸发掉。

但是围绕着一颗炎热的红矮星的行星仍然可以维持生命。我们不知道这个过程是否完全干透了行星,或者只是剥离了一些外层海洋。如果一个行星内部有足够的水(地球表面的水被认为是其地幔的几倍),那么它可以通过以后排出新的海洋来承受失去海洋的压力。这是地质学和天文学之间复杂的相互作用,目前还不知道结果如何。科学家估计,有1000亿颗行星可能被它们的红矮星干掉了。

类似太阳的恒星让宜居的行星有更多的时间来保持水,给生命带来机会。但是太阳的温度也在变化,在数十亿年后逐渐变亮。十亿年后,地球将不再处于可居住的区域;地球表面的水将不再是液态的。相反,这颗行星将经历快速的温室效应,最终会变得像金星一样。

当一颗类似太阳的恒星达到100亿年历史时,它将耗尽氢气并膨胀到目前尺寸的100到200倍之间。(我们的太阳有45亿年的历史,所以在这之前我们还有一些时间。)在太阳系中,金星和水星将被太阳吞噬,而太阳不断变化的引力将把火星和外行星推向更远的地方。地球正好处于边缘,可能遭遇两种命运。大约40亿个岩石世界可能被一颗慢慢变亮的恒星吞噬掉。

最巨大的恒星在经历了几百万年的相对短暂的生命后,在炽热的超新星中爆炸。在这些巨大的恒星周围没有发现行星,但这可能是因为搜寻的大质量恒星很少,而系外行星仍然很难找到。不管怎样,这些巨大恒星周围的任何行星都可能被恒星的爆炸性死亡所摧毁。

本文源自 space ,由米粮仓 艾米 基于创作共用协议(CC BY-NC)发布。

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