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假如地球停止转动?Comments>>

发表于 2013-09-27 11:10 | Tags 标签:, ,

Hazel Muir 文 Shea 编译

如果我们的地球停止转动,或者有两个月亮,抑或没有月亮,又或者本身就是一颗卫星会怎么样?

在英国科幻作家韦尔斯(H. G. Wells)离奇的小说《可显神迹的人》中,乔治·福瑟林盖伊(George Fotheringay)发现自己拥有超自然的神力。在当地牧师的怂恿下,他在夜里用这一天赋奇迹般地修缮房屋、改造醉鬼。后来他意识到,有一个办法可以让他在日出前赢得更多的时间来做好事,那就是让地球停止转动。

福瑟林盖伊发出命令的那一刻,地狱便敞开了大门。“当福瑟林盖伊先生阻止了固态地球的转动时,他并没有对地面上可以移动的东西作任何限定,”韦尔斯写道,“每个人、每个活着的生物、每间房屋和每颗树——我们所知的全世界——都被拉扯、撕碎、完全地摧毁。”

韦尔斯乐于在他的科幻小说中扮演上帝摆弄星球,但这样的幻想并不仅仅适用于娱乐。韦尔斯虚构出的难以置信的情节同样也值得研究,因为它们清楚地告诉了我们是什么使得现实的世界在运转。有时科学家会赋予地球一些超脱世俗的特质,以此来看一看我们的环境将会变得有多么得不同,思考这些问题能让我们更好地透析事物真实的运转方式。

那么什么样的奇怪想法会剧烈地改变我们的地球,它们又会有什么样的结果呢?

月亮是一个很好的起点。月球对于我们的地球有着巨大的影响,尤其是提导致它形成的灾害性事件。大约45亿年前,一个火星大小的天体,常常被称为忒伊亚(Theia),撞上了地球,溅起的碎片进入了环绕地球的轨道。它们最终聚集到一起在今天地月距离大约十分之一的地方形成了月亮,这个距离相当于目前大部分通讯卫星的高度。那个时候,地球的自转周期只有8个小时左右,但包括潮汐效应在内的地球和月球间的引力相互作用从那时起便开始把它减缓到现在的一天24个小时。

因此,如果月球没有形成会怎么样?地球上唯一重要的潮汐力就会来自太阳,它会使得一天的长度从8个小时增长到12个小时。由于地球质量的10%来自忒伊亚被吸收的残骸,因此引力会比现在弱得多,你也会轻得多。

独特的生命形式

没有了月亮,生命也许不会如原来这么快速地出现。新生的月亮极为靠近地球,由此产生的潮汐比现在的高100倍。这些巨大的波涛会使得海洋冲刷大陆,导致海洋富含矿物,帮助产生了起源生命的“原初汤”。没有月亮生命最终可能也会出现,但是不会出现适应潮汐或者能借助月光捕食和导航的动物。此外,没有了月球的引力来稳定地球的自转,地球最后可能会像天王星一样躺着转动。在一个年的过程中,阳光会在两极间往返。生活在这样一颗行星上的生物将不得不跟随着阳光迁徙。

理论上,忒伊亚的碰撞会产生不止一个月亮。这会导致不同的结果吗?可能不会。即便撞出的残骸形成了两个团块,引力作用也会在地球上复杂生命形式出现前6亿年使得它们并合到一起。

地球能拥有第二个月亮(称为“月亮2”)的唯一方法是从经过其边缘的一对天体中俘获。只要它的大量动能转移到了伴星上,这一交会过程会把月亮2留在环绕地球的稳定轨道上,而这颗伴星则被抛射入太空。在月亮2及其伴星靠近地球的过程中,它们的引力会激起巨大的波浪和火山喷发,引发一场浩劫。天空会被尘埃遮蔽,几乎肯定会导致物种大规模灭绝,这可能就发生在月亮2的伴星刚离去的几年中。

假如月亮2的大小与现在的月亮相当,和月亮位于同一平面且具有相同的公转方向,但它到地球的距离仅有现在月亮的一半,那么任何幸存下来的陆地居民都将面对一个大小是原先两倍、亮度是原先四倍的另一个月亮,它每10天就会绕地球一周。当两个月亮都处于满月时,即便在午夜时分也能轻松地阅读。

月亮2带来的并非都是好结果,它还会喷出岩浆。地球和原有月亮不断变化的引力会拉扯月亮2的内部,使得它处于熔融状态并通过火山和表面的裂缝向外喷涌。这将极为壮观,你会看到月亮2上发光的熔岩河。有些熔岩喷射出的速度高到可以逃逸出月亮2并落向地球,在晴朗的夜空中上演流星雨。

这两个月亮最终发会发生碰撞。尽管潮汐作用使得月球会以每年3.8厘米的速度远离地球,但月亮2退行的速度更快,大约在俘获后15亿年就会追赶上原有的月亮。它们灾难性的碰撞所产生的碎片会如暴雨般倾泻到地球上,导致另一次物种大规模灭绝。

还有一种情况是地球拥有一颗逆行的卫星,即它的公转方向和地球的自转方向相反。考虑到月球的形成方式,出现这一情况是不可能的:如果忒伊亚携带了足够的动量来溅射出一个逆行的月亮的话,它几乎肯定会在此过程中摧毁地球。

因此,一个逆行的卫星(称为“亮月”)只有从一对飞掠而过的天体那里俘获而来。虽然可能性不大,但并非不可能。如果亮月和月亮具有相同的质量和轨道,但公转方向相反,那么相对于没有逆行卫星的地球此时的地球就会拥有更快的自转速度,一天仅有12个小时。

地球和亮月之间复杂的引力相互作用会使得亮月逐渐靠近地球,它的公转速度也会越来越快,轨道也会变得越来越扁。与此同时,在地球自转方向最终发生反向前,地球的自转速度会慢慢下降到零。

随着地球自转逐渐停止,度“日”就会如“年”,导致有日照的一侧被极端加热而其他地方则极端寒冷。不过减慢的过程会持续数十亿年,因此动物会有充裕的时间演化出跟随适宜的气候迁徙的习性。在明暗相交的边界上是生命相对容易生存的地方,那里太阳刚刚处于地平线之上。

在此之后,随着地球开始以相反的方向转动,太阳会从西边升起,东边落下。当亮月靠得更近的时候,地球上的海岸线会遭受到3千米高的海潮破坏。最终亮月会由于靠得太近而被引潮力撕碎,瓦解成一个位于地球上方4,500千米处由巨石组成的光环。其中一些残骸会轰击地球,也许会造成物种大规模灭绝事件。

围绕地球的卫星就有如此多的可能性,但如果地球本身并不是一颗行星而是一颗卫星呢?想象一下,地球就位于海王星的克隆(被称为“海王星2”)的赤道上空,它们两者的自转轴都垂直于太阳系平面。这样的一个卫星地球要想变得温暖且适宜居住,就必须要处于和现今的地球位置差不多的地方。

行星闪耀

在几十亿年的时间里,卫星地球的自转会和它的公转同步,因此它有一侧会永远对着海王星2。如果卫星地球距离海王星2中心30万千米的话,它的公转周期和一天的长度将会超过100个小时。从卫星地球上看到的海王星2景象会极为壮观,它在天空中的张角为达到9°,是满月角直径的18倍。

如果你住在卫星地球上冲着海王星2一侧的中央,海王星2就会正好位于你的头顶上方。当太阳升起的时候,它的一半会被照亮。在中午发生日食前后的1个小时里,海王星2会呈新月状,星星会在漆黑的天空中出现。随着夜幕的降临, 海王星2会从新月渐渐变圆,在午夜变成满海王星2,此时它的亮度会高出现在的满月2,800倍。卫星地球这一侧的午夜要远比其中午时分亮得多。结果是日光会有两个循环周期。分别居住在朝向和背向海王星2一侧的动物会经历截然不同的昼夜交替,具有不同的生物钟。

卫星地球上漫长的白昼和夜晚导致每天温度的起伏可以达到我们地球上的两倍,因此那里的生物必须要适应这样的温差。更糟糕的是,海王星2的引力会像磁铁一样吸引小行星和彗星,使得卫星地球时刻面临宇宙交火的风险,对卫星地球上的物种构成了潜在的威胁。

现在让我们想象一下,如果剧烈地改变地球自身的条件会发生什么?这一改变并非来自月亮或者是把地球放在围绕另一颗行星的轨道上,而仅仅是加厚地球的地壳。地球大陆地壳的平均厚度为大约40千米,而海洋地壳则为7千米。如果地壳的平均厚度达到100千米,地球又会怎么样?如果早期的地球极为干燥的话,这一情况就会真的出现。地球上绝大多数的水都被认为来自冰质的彗星和小行星。这些水使得地球的地壳和上层地幔(岩石圈)对于岩浆团块的挤压具有足够的韧性。事实上,水充当了地壳运动的润滑剂。

如果彗星把水带到地球上的时间严重推后的话,地壳的厚度就会比目前的厚得多。这是因为随着时间的推移岩浆团块会堆积并且在岩石圈下方凝结。由它们携带而来的热量就会在地球内部积累,最终每过几千万年的时间某个地区从岩石圈一直到其上方的地球表面都会熔化。随着这部分的陆地或者海床熔化,在它们重新固化前的几百年里会向太空辐射出热量。

这些熔化区域还会释放出一系列有毒的气体并且抹掉其附近所有的地貌。也许数千平方千米的地区就此会变得不适宜生命。金星上就有这样的熔融区,这也解释了为什么它只有少量环形山的原因——它的表面被熔岩重塑了。此时,地球上任何成功的物种都必须具有感知脚下的陆地是否将要熔化并且快速撤离的能力,否则它们将面临灭顶之灾。

最后让我们回到韦尔斯小说的奇迹制造者身上:如果地球突然停止转动会发生什么?毫无疑问,地球表面上的每样东西都会继续运动,最高速度可以达到接近每小时1,670千米(地球赤道的转动速度)。在如此高的速度下,任何东西都无法固连在地球上,会平行于地表向外飞出去。计算发现,站在户外的人会被甩到高达11千米的高空,然后下落并以超过每小时1,000千米的速度击中地面。建筑物会被从它们的地基上扯掉,海水则会席卷陆地。这样的灾难会导致地球上的所有生物灭绝。

如果地球在更长的时间里逐渐停止转动,例如20年或者30年,那么生物的日子会好过一些。然而,这对于海洋还是会产生深远的影响。地球自转的离心力会使得固态地球的赤道向外隆起。如果地球停止转动,海洋就会向两极转移。因为那里的地表更靠近地心,所以表面重力会稍强一些。

StillEarth[图片说明]:计算机模拟得出的地球停止转动之后海洋的分布。

对这一情况的模拟显示,一旦地球损失了其一半的角动量,海洋就会分裂成两个,南北极各一个,海岸线大致位于南北纬30°处。在两者之间会出现一片巨型大陆,其山脉的顶峰可以高出新的海平面达10,000米。北部海洋会淹没绝大部分的加拿大、欧洲和俄罗斯。

不清楚的是,人类是否能在这样的新世界中幸存下来。大量的农业用地会丧失,赤道带上空的大气会由于变得过于稀薄而使当地人窒息。人类会被中间的崎岖地带隔成两大族群,分别沿着北部海和南部海的海岸线居住。

雪上加霜的是,来自长达6个月的灼热白天和刺骨夜晚的严峻挑战,只有在日出和日落的短暂瞬间会出现春天和秋天。人们可能会居住在曙光或者暮色区,并跟随光照逐渐移动的步伐进行全球性迁徙。

尽管在现实中地球无法在几十年内停止转动,但它的自转却的的确确地在渐渐放缓。数十亿年之后,地球的日长可能会达到一年的长度。韦尔斯经典小说《时间机器》中描绘了在年老的地球上所出现的永无止境的日落画面,除去科幻的成分这样的未来其实并非遥不可及。

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6 Responses to “假如地球停止转动?”

  1. 周雨牛说道:

    如果地心凝固了会发生什么事?

  2. 申成2011说道:

    hehe

  3. 申成2011说道:

    怎么会有这样的文章出来的啊?汗颜

  4. 申成2011说道:

    假设条件是错误的,又用现在的眼光看问题,那么结论是文章的所有一切结论都是错误的。

  5. 郭聪说道:

  6. 挑灯看剑说道:

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