距離越來越遠(yuǎn)地球最終會(huì)和太陽“分手”嗎

都芃

不管是太陽自身質(zhì)量減小導(dǎo)致的引力降低，還是地球?qū)μ柕某毕饔盟鸬墓D(zhuǎn)軌道變化，由此而產(chǎn)生的日地距離增加，都不會(huì)對(duì)地球本身造成顯著影響。事實(shí)上，影響地球公轉(zhuǎn)軌道的也遠(yuǎn)不止太陽這一個(gè)因素。地球繞太陽公轉(zhuǎn)軌道的具體大小和形狀不僅與太陽有關(guān)，也與太陽系內(nèi)其他行星對(duì)地球的引力有關(guān)。

太陽作為驅(qū)動(dòng)地球萬物生長的能量之源，其與地球之間恰到好處的距離，使得地球相比太陽系內(nèi)的其他天體充滿了生機(jī)。但事實(shí)上，太陽與地球之間的平均距離并非是一成不變的。

近日，據(jù)國外媒體報(bào)道，根據(jù)天文學(xué)家測(cè)算，太陽與地球之間的平均距離正隨著時(shí)間的推移而緩慢增加，也就是說地球正在逐漸“逃離”太陽。

不斷“減肥”的太陽吸引力逐漸減弱

要弄清楚太陽與地球之間距離的變化，首先要明確一個(gè)事實(shí)，即地球繞太陽運(yùn)行的公轉(zhuǎn)軌道并非是完美的圓形，而是一個(gè)橢圓形，太陽位于這個(gè)橢圓形軌道的一個(gè)焦點(diǎn)之上。也正因?yàn)檐壍朗菣E圓，所以太陽與地球之間的距離并非恒定，而是“忽遠(yuǎn)忽近”。在近日點(diǎn)時(shí)，兩者之間的距離約為1.471億公里，而到遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)，這個(gè)距離則會(huì)拉長到約1.521億公里。雖然近日點(diǎn)與遠(yuǎn)日點(diǎn)間相差了約500萬公里，但這也僅相當(dāng)于太陽與地球之間平均距離的3%左右，幾乎不會(huì)對(duì)地球氣候等造成顯著影響。

除了因公轉(zhuǎn)軌道原因而產(chǎn)生的正常距離變化外，太陽與地球之間的平均距離事實(shí)上一直在不斷增加，這還要從太陽持續(xù)不斷地“減肥”開始說起。南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授周禮勇表示，太陽內(nèi)部每時(shí)每刻都在發(fā)生著核聚變反應(yīng)，氫元素轉(zhuǎn)化為氦元素，這一過程會(huì)釋放大量能量，并通過太陽輻射散發(fā)出去。根據(jù)著名的愛因斯坦質(zhì)能方程，只要測(cè)得一定時(shí)間內(nèi)太陽輻射出的能量數(shù)值，便可很簡單地計(jì)算出太陽因此而損失掉的質(zhì)量。“這個(gè)數(shù)值大概是每秒鐘損失400萬噸質(zhì)量?！敝芏Y勇表示，這雖然聽起來是一個(gè)龐大的數(shù)字，但相對(duì)于太陽2.0×1030千克的總質(zhì)量來說，只能算是秋毫之末。但他同時(shí)也提醒，除了能量輻射會(huì)導(dǎo)致太陽質(zhì)量散失外，太陽風(fēng)、日冕物質(zhì)拋射等太陽活動(dòng)也會(huì)帶走太陽的一部分質(zhì)量。因此可以說在太陽誕生后的幾十億年間，其質(zhì)量一直處于不斷減少的過程中。

根據(jù)牛頓的萬有引力定律，兩物體間引力的大小與它們質(zhì)量的乘積成正比，與它們距離的平方成反比。因此，太陽持續(xù)不斷地“減肥”所帶來的后果，便是其對(duì)于包括地球在內(nèi)的行星的引力越來越小，進(jìn)而導(dǎo)致它們與太陽的距離越來越遠(yuǎn)。但就像太陽散失的質(zhì)量相對(duì)于其總質(zhì)量來說小到可以忽略不計(jì)一樣，由其引力減小所導(dǎo)致的距離增加同樣微不足道。天文學(xué)家布賴恩·迪喬治測(cè)算，太陽每年因散失質(zhì)量所導(dǎo)致的引力減小僅會(huì)讓太陽與地球之間的距離每年增加約6厘米。這在宇宙單位尺度上來說，其產(chǎn)生的實(shí)際影響是微乎其微的。

地球引起太陽潮汐的“副作用”

除了太陽質(zhì)量損失使得其引力減小，從而導(dǎo)致地球逐漸遠(yuǎn)離太陽外，還有一種力量也會(huì)使得地球與太陽之間的距離不斷增加，這就是地球?qū)τ谔柕某毕饔?。要了解地球?qū)μ査斐傻囊τ绊?，其?shí)可以通過月球與地球之間的引力關(guān)系來理解，因?yàn)樵虑驅(qū)Φ厍虻囊λ鶎?dǎo)致的潮汐作用也正在使月球一步步遠(yuǎn)離地球，這與太陽和地球之間的情況幾乎相同。

月球?qū)τ诘厍蛏系拿恳粋€(gè)點(diǎn)都有引力，但由于地球是一個(gè)近乎球體的形狀，這種引力作用在地球上的不同點(diǎn)時(shí)，其大小并不相同，距離月球更近的點(diǎn)所受到的引力也更大;同時(shí)，地球還受到其繞地月公共質(zhì)心（地月系統(tǒng)的質(zhì)量中心）旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的離心力的作用，而這種離心力在地球上是平均分布的，地球上每一個(gè)點(diǎn)所受到的離心力大小均相同。

因此，月球?qū)Φ厍虻囊σ约暗厍蜃陨淼碾x心力之間便會(huì)產(chǎn)生差值，這一差值形成的力量便是起潮力，顧名思義這也就是引起地球表面潮汐變化的主要力量。

潮汐會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“副作用”，“潮汐運(yùn)動(dòng)起來以后，會(huì)在地球內(nèi)部造成摩擦。有摩擦就會(huì)有能量的耗散，而被耗散掉的正是地球自轉(zhuǎn)的能量?！敝芏Y勇表示，形象地講，便是潮汐的出現(xiàn)會(huì)“拖拽”地球的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使得地球自轉(zhuǎn)速度減慢。根據(jù)角動(dòng)量守恒原則，如果不考慮其他天體的影響，只將地月系統(tǒng)看作一個(gè)孤立系統(tǒng)，那么該系統(tǒng)中地球自轉(zhuǎn)的角動(dòng)量、月球自轉(zhuǎn)的角動(dòng)量以及兩個(gè)天體相互繞轉(zhuǎn)的軌道的角動(dòng)量，其三者總和是守恒的。

在這一定律下，當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)速度減慢時(shí)，地球自轉(zhuǎn)所失去的角動(dòng)量便會(huì)被重新分配至月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的公轉(zhuǎn)軌道上，從而導(dǎo)致軌道變長，月球與地球之間的距離便會(huì)相應(yīng)地增加。

同樣的理論也適用于地球與太陽。地球?qū)μ柈a(chǎn)生引力，引起太陽上的潮汐，潮汐帶來摩擦，降低太陽自轉(zhuǎn)速度，從而導(dǎo)致地球繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)的公轉(zhuǎn)軌道變長，地球與太陽之間的距離增加。

但理論歸理論，周禮勇表示，這種作用具體能夠引起日地公轉(zhuǎn)軌道多大的變化，要取決于地球究竟能夠在太陽上引起多大的潮汐，以及潮汐能夠耗散掉太陽多少能量?！皩?shí)際上這個(gè)作用是非常微弱的，產(chǎn)生的影響也很有限。”根據(jù)布賴恩·迪喬治估算，在這一作用下，地球和太陽之間的距離每年僅增加大約0.0003厘米。

最終結(jié)局不是“分手”而是被吞噬

毫無疑問，不管是太陽自身質(zhì)量減小導(dǎo)致的引力降低，還是地球?qū)μ柕某毕饔盟鸬墓D(zhuǎn)軌道變化，由此而產(chǎn)生的日地距離增加，都不會(huì)對(duì)地球本身造成顯著影響。事實(shí)上，影響地球公轉(zhuǎn)軌道的也遠(yuǎn)不止太陽這一個(gè)因素。

周禮勇表示，地球繞太陽公轉(zhuǎn)軌道的具體大小和形狀不僅與太陽有關(guān)，也與太陽系內(nèi)其他行星對(duì)地球的引力有關(guān)，天文學(xué)上稱其為攝動(dòng)。可以簡單理解為當(dāng)一個(gè)天體繞另一個(gè)天體運(yùn)動(dòng)時(shí)，因受到其他天體吸引或其他因素影響而導(dǎo)致運(yùn)行軌道產(chǎn)生偏差。周禮勇認(rèn)為，地球繞太陽公轉(zhuǎn)軌道或多或少都會(huì)受到太陽系內(nèi)其他行星的影響，其中影響較為顯著的是距離地球較近的金星，以及雖然距離地球較遠(yuǎn)但質(zhì)量是地球300多倍的木星。

天文學(xué)家普遍認(rèn)為，在多種因素的共同作用下，地球公轉(zhuǎn)軌道會(huì)以40.5萬年為周期，在近乎完美的正圓形到偏心率大約0.05的橢圓形間循環(huán)往復(fù)。而在2018年，美國的研究人員通過對(duì)古老巖石進(jìn)行分析，找到了地球公轉(zhuǎn)軌道以40.5萬年周期循環(huán)的首個(gè)物理證據(jù)，驗(yàn)證了這一假設(shè)。

雖然地球繞太陽的公轉(zhuǎn)軌道總是在不停變化，也確實(shí)在逐漸遠(yuǎn)離太陽，但卻不會(huì)變成“流浪地球”，因?yàn)榈厍蚝苡锌赡茏罱K逃脫不了被太陽吞噬的宿命。

根據(jù)當(dāng)前的恒星演化理論，太陽作為一顆黃矮星，其大致壽命約為100億年。而目前太陽大約45.7億歲，已經(jīng)是“星到中年”。再過大約50億至60億年后，太陽內(nèi)部的氫元素幾乎會(huì)全部燃燒殆盡變?yōu)楹ぴ?，太陽的核心將發(fā)生坍縮，溫度不斷上升。隨后，氦元素會(huì)進(jìn)一步聚變?yōu)樘荚?。雖然在這一過程中，氦聚變所產(chǎn)生的能量要小于氫聚變，但其溫度卻更高。

因此，太陽外層大氣將會(huì)不斷膨脹，并釋放到更遠(yuǎn)的地方。而以目前人類已知的地球公轉(zhuǎn)軌道變化來看，即使未來地球能夠稍稍遠(yuǎn)離太陽，也終究難逃被太陽膨脹的大氣所吞噬的命運(yùn)。不過別擔(dān)心，這至少是50億年以后的事情了。