1929年,天文學家哈勃發現宇宙中大量的星系處於互相退離狀態,而且星系間的距離越大,互相退離的速度也就越快,由此哈勃認為我們的宇宙是處於膨脹狀態的。隨著天文學的不斷髮展,以及人類深空探測技術的進步,越來越多的觀測結果支援這一觀點,並且科學家還精確測量出了宇宙膨脹的速度,其值為67.8±0.77(㎞/s)/Mpc,它表示天體的距離與地球每增加三百萬光年,其遠離地球的速度就會增加約67千米每秒,該數值也被稱為哈勃常數。對於宇宙膨脹的原因科學家認為可能和暗能量有關。
現代科學認為,宇宙的膨脹是發生在整個宇宙中的事件,宇宙中的任何一個空間都處於膨脹之中,因此我們的太陽系也不例外,但是為什麼我們的太陽系不會因為宇宙膨脹而被“拆散”呢?首先來說,太陽和地球的距離約為1.5億公里,這個長度放到宇宙空間之中是非常渺小的,這麼長的空間其膨脹速度僅有約1.5*10^-29m/s,而且這也僅是空間的相互退離,並不代表地球會以這個速度遠離太陽,那麼是什麼原因造成這個現象呢? 當然是因為萬有引力的作用,引力就像一根繩子將太陽和地球聯絡在一起,雖然二者之間的空間在逐漸膨脹,但是太陽和地球並不會因此而“漂走”。
由於引力的存在,天體結構能夠在空間逐漸膨脹的情況下穩定存在。除此之外,當天體之間互相接近的速度大於空間的膨脹速度時,天體直接依然會表現為互相接近狀態,這很好理解,就像仙女座與銀河系的運動,我們知道仙女座和銀河系的距離高達兩百五十萬光年左右,在這個尺度上天體的退離速度已經達到五十多千米每秒,但是天文學家發現二者依然處於互相接近狀態,並將在37億年之後發生碰撞。
雖然太陽和地球之間的引力可以有效的抵抗空間膨脹作用,但正是因為引力變化的原因,我們的地球其實正在緩慢的遠離太陽。科學觀測發現,我們的太陽主要由氫與氦構成,在太陽的核心區每秒約有四百萬噸的物質透過核融合反應轉化為能量,整個核融合反應可簡化質子-質子鏈反應,科學家估計太陽誕生至今的四十多億年中,透過這種核融合反應,太陽已經消耗了大約0.03%的質量,由此導致太陽和它的行星之間的引力降低,我們的地球正以每年約1.5cm的速度遠離太陽,當太陽度過主序星階段後,其質量消耗大約會增加到0.1%,而地球的公轉軌道也將外移約75000千米。
雖然地球在不斷地漂遠,但是對於現在的我們並不需要對此憂心忡忡,因為太陽的主序星大約要持續一百億年,而現在才只進行了一半而已。而且75000千米的軌道外移,也完全不用擔心地球漂出了宜居帶而變成冰凍星球,因為科學家預計太陽系持續宜居帶的寬度在0.95到1.15個天文單位,這幾乎抵達了火星軌道。
恰恰相反,我們或許應該擔心地球越來越熱,這其實還是和太陽有關。首先來說,當太陽結束主序星階段後,將會邁入紅巨星階段,體積膨脹甚至會將地球吞入太陽的內部,這種情況大約會發生在五十億年之後,但科學家估計由於太陽的影響十億年內我們的地球可能就不在適合生命生存。我們知道太陽主要由氫與氦構成,是一個巨大的等離子球,在太陽的核心區發生著複雜的核融合反應,較輕的氫粒子互相融合轉變為較重的氦粒子,這個過程不僅會釋放出大量的能量,還會造成核心區體積的變化,除此之外,隨著氦粒子數量的增加,核聚變原料氫粒子的濃度會逐漸降低,由此導致核心區核反應速度和規模的減小,由核心區產生的輻射壓不足以抵抗太陽自身物質產生的重力,伴隨著收縮效應,太陽也會釋放出更多的熱量來使自身重新達到平衡狀態。科學家估計太陽的光度大約每十億年便會增加百分之十,按此推算十億年後地球上的液態水便會被蒸發殆盡。
回到正題,由於引力的作用,太陽和地球抵消空間膨脹的影響,但科學家也預測了另一種可能的結果,那就是假如推動宇宙膨脹的暗能量不斷增加,空間膨脹將會轉變成加速度不斷增加的加速膨脹變化,一旦這種膨脹效果超過天體之間的引力作用,那麼天體之間也將分崩離析,甚至在最為極端的情況下,這種斥力將超過電磁力、弱力、強力,那麼組成物質的基本粒子也將分崩離析,這也就是宇宙未來的結局之一——大撕裂。
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