地球还能在宜居多久?

老李--飞刀



宜居带是距离恒星一定范围内的环状区域,液态水在这个区域内是可以持续存在而不会被冻住或者蒸发,不过严格意义上来说现在的宜居带只是人类或者碳基生命的宜居带,毕竟如果宇宙中存在硅基生命的话液态水对它们来说就是毒药。

从恒星演化的角度考虑不同质量的恒星所对应的宜居带也不同,太阳这种黄矮星宜居带在金星到火星轨道附近,地球则正好处于中心位置。而如果太阳是一颗质量更小的红矮星或者质量更大的蓝矮星,那么宜居带也会相应的向内侧或者外侧移动。



在很多人的脑海中宜居带似乎都是固定不变的,但实际上宜居带的范围受恒星光度变化影响很大,一颗恒星诞生之后它的光度会随着时间的推移越来越大,这意味着宜居带会逐渐向外侧移动。

我们的太阳在40亿年前光度只有现在的70% ,而在漫长的岁月里太阳宜居带后退范围始终没有离开过地球轨道,但这只不过是地球运气好罢了。

20亿到30亿年之后太阳的光度足以蒸发地球海洋使得地球变成第二个类似金星或者火星的星球,到时候太阳系内真正适合人类居住的很可能是木星的众多卫星。


太阳还有50亿年寿命这件事很多人都清楚,银河系和仙女座星系在37.5亿年后会发生碰撞这件事很多人也清楚,但太阳光度会随着时间慢慢增加这个事实却鲜有人知道,所以我们在担心太阳50亿年后膨胀为红巨星吞噬地球之前还是先考虑一下20亿年后怎么应对宜居带外移吧。


宇宙探索未解之迷


据绝大多数预测,地球上生命存活所需面对的主要长期风险来自太阳。太阳这颗恒星周围的星云孕育了我们所在的星球,并在45亿年的漫长历史中不断滋润着整个地球的发展。20世纪天文学研究发现,太阳是一颗普通的中型“主序星”,其自身生命周期中的稳定期目前已经过半。尽管如此,太阳的亮度仍在以每1.1亿年约1%的速度稳定增长,而且这一情况会在未来持续下去。

这一变化将不可避免地影响地球的气候,使之缓慢升温,并最终可能将超过来自大气、海洋和生物质的任意自然缓和作用。大概10亿年后,我们所知道的地球生物圈将无法持续并出现瓦解,生物也将会逐渐退至深海或地下深处的安全区域。一旦太阳亮度增加达10%,全球地表温度将会升至47℃,绝大多数海洋都将会蒸发。当水分子进入大气后,它们会被太阳辐射分裂,从而使质量较轻的氢原子逸入太空。

“最终,太阳内部所有留存的物质将会变得极为密集和耀眼,并由此形成一颗白矮星。与目前相比,未来太阳的亮度将会增大100多倍,且其一半左右的现有质量会缩聚成与地球大小相同的星体。”


罗网科学家


按照目前的理论来看:大约20亿年左右。

这个问题其实和两个因素有关,一个是太阳的辐射量,一个是地球的位置。

首先,我们要搞清楚一点,那就是太阳为什么会燃烧?

太阳燃烧机制

其实曾经有人认为太阳是一颗大煤球,这事也就发生在100多年前。但问题是不是你说它是大煤球,它就是大煤球,我们得去检验一下,所以科学家仅仅靠笔算一算,就发现个问题,如果太阳是大煤球,那这煤只够烧5000年的,还没有人类进化史的时间长,所以肯定不是这个样子。

真正搞清楚太阳内部的机制还是依靠汉斯贝特等物理学家,他们发现太阳核心其实是在发生核聚变。

一般来说,一颗恒星的核聚变有两种形式,一种叫作pp反应链,翻译成中文就是质子-质子反应链。说白了就是氢原子核和氢原子核反应,最终形成氦-4,并且释放出大量的能量。

另外一种核反应,叫做:碳氮氧循环。最终生成的也是氦-4,只不过这个过程中有碳氮氧,有时候还会有少量的氟参与。它们只充当催化剂。

要发生碳氮氧循环,其实还是需要一些条件的,太阳其实就不太会有。

要知道,太阳内部的核反应其实和氢弹爆炸的道理是类似的,但是你发现没有?氢弹一下子全炸了,可太阳并没有一下子全炸了。

那为什么太阳会维持住,不爆炸呢?

其实太阳拥有一项我们人类梦寐以求的能力:可控核聚变反应。太阳核心的反应确实和氢弹很像这没有错,但太阳的厉害之处在于它自身的引力巨大无比。引力和核聚变反应产生的向外压力形成了动态平衡。

整个过程具体是这样的,我们要记住,温度越高,核聚变反应越强,再看下图,核心越红温度越高,颜色越淡温度越低。当核聚变反应占据上风时,太阳就会膨胀,这时候核心的温度就会降低,核聚变反应的强度就会降低,于是,引力开始占上风,使得太阳缩回去。

如果引力占上风,那核心的温度就会升高,核聚变反应就会变得更加剧烈,产生更大的向外压力,抵抗引力,然后太阳就会膨胀起来。

所以,说白了,太阳能维持住,是因为核聚变反应和引力形成动态平衡的结果。

再来看看地球,其实地球现在的位置特别好,正好在宜居带上,加上地球大气能保住能量,所以地球的温度很适应人类居住(当然还有很多因素,诸如地磁场等等,在这里就不赘述。)

但是,这也和太阳的辐射有关,我们从刚才对于太阳的分析能很容易得出一个结论,那就是太阳的引力其实很重要,它平衡了核聚变向外产生的压力。但是,随着时间的推移,地球的位置其实变化不大。但是呢?太阳的质量可是一直都在减少,以每秒钟400万吨的速度在减少。

这意味着,其实太阳的引力在一直减少,所以其实太阳的辐射会越来越强,这是因为引力束缚核聚变的能力一直在减弱。

而且每过10亿年,就会有一个很大幅度的升温,科学家预计,20亿年之后,太阳的辐射量实在太大,导致地球温度升高得非常非常多,以至于生物都无法生存。所以,其他因素不发生变化的情况下,地球的宜居时间还有20亿年。

20亿年之后,地球的宿命很有可能像现在的金星一样,温度巨高无比,条件极其恶劣。科学家发现,很有可能在20~30亿年前,其实金星也是一个宜居星球,但是由于太阳辐射量的提升,导致金星彻底沦为地狱。

因此,有科学家就猜测,金星的现在就是地球的未来。


钟铭聊科学


地球在宜居带的时间会很长,但人类在地球的存在时间肯定不会那么长,第一,人类战争,随着大规模杀伤性武器的杀伤力越来越大,不排除在未来某一天,某个丧心病狂的统治者引爆一颗可以灭绝整个地球的武器,觉得不可能的可以先了解墨菲定律。第二,地质灾难,超大型火山爆发,大量火山灰进入平流层逐渐蔓延到整个地球,阻挡阳光,造成生物大规模灭绝(可以搜索核冬天了解)。第三,小行星,造成恐龙灭绝的小行星直径只有大概十公里,撞击地球造成上述第二条的情况发生,大量大型动物死亡,某个纪录片曾介绍,一百公里直径的小行星直接撞击地球,会毁灭整个生物圈,最后可能存活的只有简单的菌类。第四 地球磁场巨大改变,现在可以肯定地球磁场曾经发生过多次反转,另外地球磁场并不是在地球上均匀分布,假设地球磁场变化过程中未知的原因造成地球磁场强度大规模下降,太阳风会直接略过大气层,单靠地球引力将不能维持大气层的存在,首先吹去的将是臭氧层,大量紫外线直接照射地表,第一步就会造成大量生物逐渐灭绝,然后大气层越来越薄,最后会像火星大气一样(地球质量大于火星,所以在没有磁场的情况下,大气层也会比火星浓密一些,但会远低于维持高等生物存活的标准)。第五,困了,准备洗洗睡。所以,在地球飘出宜居带之前,人类早就在地球上灭绝了。


拔草工人老夏


地球的寿命其实与自身关系并不大,而是与我们的太阳有关,据估计,我们的太阳已经50亿岁了,预计太阳的寿命只剩下44亿年左右。

尽管地球可以一直“活”到44亿年之后,但地球却不一定一直适合人类居住。我们的地球正是因为刚好处于太阳的宜居带,所以我们才拥有了生存的环境,无论靠近太阳还是远离太阳,我们都会因为太热或者太冷无法存在。地球正处于这个宜居带内。



太阳看似很稳定的在燃烧,但实际上太阳的亮度在逐渐增大,只不过每过10亿年才增加10%,我们感受不到而已。这也从侧面表明了太阳的宜居带正在缓慢向外移动。未来20亿年之后,地球将不适合人类居住。

金星曾经也出现过海洋和大气,但是随着太阳的宜居带外移,使得金星上的温度上升,液态水全部蒸发,直到现在金星上的温度变成460度。未来20亿年之后,地球或许就会变成金星的样子。


事实上我们并不用担心,人类从出现至今都不到1亿年,人类现在的科技水平已经可以探索宇宙,相信未来某一天,地球不再适合人类居住,我们也能找到新的家园。


星球上的科学


地球上的所有生物都是碳基生命,碳基生物指得是以碳元素组成的有机物为核心,必要的两点是氧气和液态水,还有适宜的温度。

要让地球上的环境满足以上几点,地球就需要和太阳保持一个合适的距离,在这个距离上地球上的温度适宜温差较小,可以保持稳定的液态水,这个距离的范围就被称为太阳的宜居带。


从上边图片内容可以看出来,随着恒星质量的增大,宜居带的位置是向远离恒星的方向移动的。从红矮星到黄矮星(太阳是其中一员)再到巨星,质量越大恒星内核处的核聚变就会越剧烈,那么释放的光和热的能力就会越强。

而随着太阳核聚变不间断的进行,太阳将会变得越来越热体积将会变得越来越大,最终变成红巨星,届时太阳的外边界将达到火星轨道的位置,靠近内侧的三颗岩质行星-水星、金星、地球将会被太阳吞进肚子。


太阳的宜居带随着时间是逐渐向外移动的,时间至少也在20亿年之后,届时地球上的液态水将逐渐被蒸发,温度急剧升高变得不可宜居。这也是大刘科幻小说《流浪地球》人类逃离太阳系的原因所在,在太阳变成红巨星之前将会发生氦闪,瞬间释放巨大的能量。

如果人类这个物种有幸延续到数十亿年后,那么到时候的科技水平应该也不会再担忧宜居带的问题。木星和土星周围有很多的大卫星,例如木卫二欧罗巴和土卫六泰坦都是被科学家寄予厚望的,到时候完全可以进行星际移民的。


但是说实话照着人类对于地球这样的“照顾”,可能不需要等到太阳变成红巨星,地球就会被“祸害”的不成样子。



科学黑洞



截止目前地球仍然是太阳系内唯一被液态水覆盖的星球,虽然科学家们已经证明了太阳系初期的火星和金星也有过蓝色的液态水外衣,但它们的空间位置和自身环境导致它们变成一个变成了温室效应剧烈的土黄色星球,一个变成了赤红色星球。

造成金星和火星如此剧烈变换的原因有两个,一是金星那失控的温室效应以及火星磁场的迅速消失,二就是这两颗行星在漫长的岁月中已经处于了宜居带的最前端和最后段,而地球则成为了位居中央的行星。

目前的太阳系宜居带范围在0.7到1.5个天文单位之间,地球不但位于其中而且还拥有强磁场可以偏转对生命造成伤害的高能太阳粒子,两者相得益彰才使得地球出现了生命并演化出了我们人类文明。

从天文学角度来看,太阳作为一颗黄矮星其光度每10亿年就会增加11%,这意味着一颗行星不可能永远待在恒星宜居带范围之内(除非它装了行星发动机),我们的地球在20亿年后海洋就会被太阳全部蒸发。

10到20亿年,抛开可能存在但小概率发生的小行星撞击或者外星人入侵,10到20亿年就是地球能留在宜居带内的剩余时间,而太阳系宜居带因为光度增加而外移之后,木星若干卫星将有望变得宜居起来。

其实对于人类文明来说宜居带并不是很重要,因为科学技术的进步将使得整个文明都生存能力大大提高,科幻小说和电影中的太空堡垒和太空城早晚有一天要成为真实存在的东西,到那时居住在内的人类文明已经不需要行星了,相应的也就不需要宜居带。



宇宙观察记录


对于地球还能在宜居带多久呢之话题,我个人观点认为,地球处于太阳系宜居带的空间位置,是与太阳系本周期物质循环运动过程共存亡的,换句较为准确的话来说,地球还能在太阳系的宜居带中运行约为50亿年,直到太阳系物质循环运动本周期的结束。为什么会这样说呢?

因为,地球所处太阳系的宜居带位置原因有如下两个方面:一是由太阳磁场之中的第三条磁力线圈,能为地球提供了圆周循环运动的天然轨道,能使地球与太阳的距离产生磁力线圈之磁性的定位与定距作用;

二是太阳持续核聚变超高温燃烧状态的过程,会对整个太阳系空间产生热能温差自然现象,以太阳为中心,从里到外地由热到冷,太阳燃烧的过程,其超高温度可达2百万摄氏度或以上,由于地球处于第三条运行轨道的太空位置,正是太阳热能温差适中的空间位置,正好是处在太阳热能温差对物体的温度感应处于零下几十至零上一百多摄氏度之间,并能在地球大气层形成的保护作用下,使地球形成了适宜生命持续诞生与进化生存的自然环境,才称之为:宜居带。

以上两个原因是相辅相成的,随着太阳能量的自然燃烧,其质量会显得越来越少,其温度会显得越来越低,而其磁场的磁性同样也会显得越来越弱,引发了地球轨道逐渐向太阳靠近的收缩现象,这种相辅相成的表现过程,会使地球的运行轨道能一直保持在太阳系的宜居带位置,直到太阳系物质循环运动本周期的结束。

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地外天使


先来解释下宜居带的概念:

宜居带是天文学家提出的一个可能孕育生命的区域,这个区域(带状)与恒星距离适中,因而接收到适量的太阳辐射能量,为液态水的产生提供了可能,目前研究表明液态水是碳基生命生存的必要条件。

地球当然就是处于这样的宜居带中,但是我们也要认识到宜居带本身并不是很宽,地球稍有偏离就会偏离出宜居带。

如果地球与太阳的距离减少1%,地球就不是现在的样子,而是会发展成现在金星的样子,金星的平均气温474摄氏度;如果地球与太阳的距离增加5%,地球也不会是现在的样子,而是会发展成现在火星的样子,火星的平均气温-55摄氏度。

也就是说地球目前是处于宜居带的内侧,如果太阳光度继续增加,地球就有可能被挤到宜居带以外。

随着太阳聚变反应的进行,太阳正在变大变亮,大约在10亿年后亮度会达到现在的110%,那时地球将不再适合居住,已经被挤出宜居带,地球气温会逐渐升高,液态水将会全部转化为水蒸气,人类同样是自然选择的结果,那时生物不可避免的灭亡。

所以地球也许还没等到流浪的那天,已经就没有生命了。

不过十亿年相对于人类生命来说就是个天文数字,还是认真工作呗!


核先生科普


地球宜居有几个标准,一个是太阳与地球关系,一个是地球自身生态环境。

如果只考虑太阳与地球的关系,这个时间就够长。科学界认为,太阳正在慢慢变亮变热,10亿年亮度将增加10%,地球平均温度将上升到100度(摄氏度,后同),届时海洋将早已蒸发殆尽,地球成为一个干枯的星球。

事实上,地球生态并等不到10亿年那个温度。科学研究证明,地球气温平均升高1度,地球地质和气候灾难就会加剧,生态环境将会急剧恶化;地球平均温度只要升高6度,就会生态全部灭绝。

而太阳每1亿年亮度将增加1%,温度就提升了10度左右,那是冰川将全部融化,地球一片汪洋,极端气候和地质灾害完全失控,地球生态就将全部灭绝。如果按照这个来衡量宜居不宜居,地球将在1亿年内甚至5000万年内就不宜居了。

但这个估计并没有很精准的数据,是一个大致的预测。而且地球气温除了太阳亮度温度的变化,还受很多因素影响。

比如大气的密度和成分,水资源的多寡,都对气温起着重要作用。

如果地球没有大气和水,就会变得像月球一样,光秃秃的,白天被太阳照射的地方温度达到160度,晚上或阴影部分,温度就会下降到零下180度,这样虽然在宜居带又有什么意义?

而且,现在由于人类活动,碳排放的加剧,温室气体越来越厉害。如果大气中二氧化碳的含量达到一定浓度,眼光照射到地球的热量就无法散发,温度升高就会被加剧,还能等到1亿年?

金星就是被浓密的二氧化碳大气包裹,地表温度达到470度左右,几十公里的浓硫酸云时不时下着浓硫酸雨。有科学家估计,这就是地球的未来。

据气象部门监测统计,近一百年来,地球气温已经升高了0.46度,现在极端气候已经频发,地质灾害也有加剧的趋势,一旦到了那个临界点,地球环境将会发生突变,许多反映地球灾难的科幻片已经给人类敲了警钟,比如《后天》。

全球科学家已经两次向全人类发出了联名公开信,警告人类生态恶化物种灭绝的速度正在不断加速,留给我们的时间不多了。

现在人类自己依然在不断的作死,环境破坏愈演愈烈、大规模杀伤性武器不断地涌现,核战地阴影如梦魇般地挥之不去,这些都与太阳变亮没有关系,但将给地球宜居性带来很大不确定性。

所以地球宜居性到底有多久,一是看天,二是看人,天灾人祸叠加在一起,时间就很短了,我想如此下去不会超过1000年吧。

不过有一个希望就是科学发展已经进入了快车道。进入本世纪以来,科学正以指数级爆炸性发展,虽然这是一把双刃剑,既能够给人类带来福音,也会被坏人利用谋财害命,但我坚信社会文明程度是精神与物质同步的,人类终会逐渐消除相互猜疑的“黑暗森林”嗜杀劣根性,合作共赢共享的精神终将称为社会主流。

因此,人类只有团结和平发展,努力度过婴儿期这个黑暗的时代,进入一级文明乃至二级文明时代,那时的生存能力和空间将会大大提升,就有能力控制地球变暖和抵御各种灾害,甚至解决太阳变亮的问题,而且还可以向深空殖民。

这样地球的宜居性就能够得到很大扩展。所以宜居性是一个综合具有弹性的话题。

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