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地球与太阳:同一片星云的兄弟

2019年03月22日 11:50  中国气象报   3    收藏

    地球和太阳形成于同一片星云,太阳吸收了大部分物质,从而引力坍塌形成恒星,剩余物质形成了其他行星,地球也是其中之一。地球作为我们赖以生存的星球,所呈现出的蓬勃生机与太阳是分不开的。太阳带来四季变化、阴晴冷暖,还能影响地球上的生态。

  没有了太阳地球会怎样

  试想一下,如果太阳消失了,地球会变成什么样?

  第一件能想到的,大概是没有了光。

  清晨醒来阳光已洒满窗台,傍晚时分,太阳又悄然落幕。这些习以为常的自然现象突然消失,不再周而复始,那我们将面临怎样的世界?

  地球距离太阳约一亿五千万公里左右,根据光的传播速度来计算,当太阳离开地球,大约在八分钟后,最后一缕阳光将从地球上消失。整个地球将陷入夜幕,失去太阳光源的月亮再也不会宁静地悬挂于天幕,而是沦落为太空中一颗死寂的冰冷星球。

  正如一杯滚烫的白开水放入冰箱后不会迅速变冷,地球也是如此。当太阳不再照拂地球,其地表温度不会像黑夜那般降临得如此快速和彻底,而是会慢慢降温。有学者曾经预测,太阳消失后一周,全球平均地表温度将降至-20℃左右,一年后则降到-100℃左右。《雪国列车》的窗外之景将成为现实。

  回到地球刚刚失去太阳的时间,因阳光消失,陆地上的植物无法进行光合作用,将在几周内迅速枯萎死亡。这好像是恐龙灭绝假说中描述的场景一般:因陨石撞击而被带入太空的水和灰尘无法迅速沉降,在太空中形成了一个厚厚的积层,导致地球的云层变厚,太阳的光和热量无法直射地球表面,随之发生的便是气温急剧下降,植物无法进行光合作用,食物链出现中断,大量动植物因气候问题消失,恐龙也随之灭绝,地球进入冰河时期。食物链基层的崩塌带来的连锁反应便是食草动物、食肉动物逐渐消亡,人类的食物也将越来越少。

  除了陆地以外,海洋也将发生一系列的变化。由于缺乏热量,地表温度的下降让海洋的表层开始冻结。早前有科学家发布大量的科学实验数据称,海洋中的藻类和浮游植物群落默默吸收二氧化碳,释放氧气,它们通过光合作用所吸收的二氧化碳量是同面积陆地绿色植物所吸收量的5倍,而且它们释放的氧气,绝大部分会从海水进入空气,数量大得难以想象。阳光的消失、冰层的隔离,让人类赖以生存的氧气也将越来越少。

  如果太阳消失,首先,地球将陷入永夜,地表温度开始下降,世界上不再有四季的变化,更别提热带、温带、极地的区别了。其次,因光合作用的消失致植物大面积死亡、海水湖水封冻、食物链中断、淡水缺乏等诸多问题让人类面临生死存亡的难关。

  当然,这一切不过是有趣的科学幻想,太阳突然消失的可能性几乎为零。但通过此设想也能看出,太阳对于地球的重要性,它与我们生活息息相关,也让我们的生命得以灿烂延续。

  太阳与地球生态

  在超过45亿年的时间里,太阳这个发光发热的等离子球一直是地球上天气、气候和所有生命背后的驱动力,它驱动着地球上的天气、洋流和水文循环。

  看似很平静的太阳实际上无时无刻不在发生着剧烈的活动。太阳由里向外分别为太阳核反应区、太阳对流层、太阳大气层。其中22亿分之一的能量辐射至地球,成为地球上光和热的主要来源。

  光和热,是太阳赠予地球最直观的礼物。

  因地球是一个球体,且存在绕自转轴自西向东的自转,太阳光照射在地球上时只能顾其一面,太阳的东升西落便是因为地球自身转动,使太阳“均匀”地照耀地球的每一寸土地。东升西落带来的是大地的昼夜交错,这让人们的日常生活更为丰富。试想,当你处于极昼或极夜的时空里,你是否会感觉到一丝乏味?有光的同时也带来了能量。植物需要阳光进行光合作用,草食动物将植物当作食物或又被食肉动物所捕获,他们的能量来源都离不开太阳。

  地球与太阳的距离大约为一亿五千万公里,如此遥远的距离下,太阳的“火热”是如何传递到地球的呢?太阳的热量来源于它内部的氢核聚变,所产生的热辐射可以通过电磁波以光速向外传递能量,同之前说到的阳光一样,热辐射仅需八分钟便可到达地球。太阳表面的温度高达6000℃,即便通过传递损耗,到达地球的热辐射依然高出人类所能承受范围,而且被太阳照射的一面温度可达上百摄氏度,而背面又是零度以下,这时大气就起到了非常大的作用。月球没有大气层,所以月球的白天与黑夜温差非常大,可以说是白天热死人、晚上冻死人。当太阳的热辐射“妄图”直接辐射地表时,途中经过大气层的阻挡,热效应开始降低,地球强大的磁场也会阻挡照射到地球的热辐射,从而降低抵达地球表面的温度。同时,大气层还能牢牢锁住光热辐射,不让其发散到冰冷的太空中。就这样,地球有了适宜人类生存居住的温度。

  太阳的热辐射不仅让地球有了温度,也让液态水成为可能,让地球这颗蓝色的星球更加迷人。因为太阳为水循环提供了动力,细菌、植物、昆虫、动物、人类等所有生命都需要液态水才能生存。

  什么是水循环?它是指水在地球上、地球中及地球上空的存在和运动情况。太阳起到至关重要的驱动作用。首先,太阳的热辐射让海水升温,一部分的水变成了水蒸气,蒸发在空气中。淡水湖和江河、植物甚至土地的水或水分也同样存在蒸发现象。上升的气流将水蒸气带到大气层中,因遇冷,水蒸气又凝结成云。气流驱使着云围绕地球运动,云颗粒互相碰撞、不断扩大并且变成雨、雪从空中落下。当天气转暖时,积雪或冰川融化沿地面形成径流。一些地表径流汇入江河、流入大海,还有一些在江河湖泊中积聚为淡水或渗透到深层地下,重新补充地下蓄水层。随即又将开启新一轮的蒸发、冷凝、降水、融化汇合等物理过程。

  太阳与地球气候

  太阳促成了地球美丽丰富的生态环境,也为世界各地的人们带来了不一样的气候体验。

  因太阳巨大的引力作用,地球除了自转外,还按照一定轨道围绕太阳转动。同自转一样,地球公转遵从地球轨道、地球轨道面、黄赤夹角、地球公转周期、地球公转速度和地球公转效应等规律。正因如此,地球产生了四季和气候带。

  地球公转的方向为自西向东,是一种周期性圆周运动。它公转一周所需时间,我们称之为“一年”。地球自转平面是赤道平面,公转轨道面为黄道面,两者构成一个23度27分的“黄赤交角”,也就是说,地球一直是歪着身子围绕太阳公转的。

  地球公转的独特“姿态”,使得太阳直射点落在地球上时会在一年之中发生回归运动,即在南北回归线之间移动。夏至日(6月22日前后)太阳直射北回归线,全球正午太阳高度从北回归线向南北两侧逐渐递减,北回归线及其以北的地区正午太阳高度达到最大值,南半球各纬度正午太阳高度达到最小值,在直射点北移过程中,北半球昼变长,夜变短;春分、秋分日(3月21日前后、9月22日前后)太阳直射赤道,全球正午太阳高度从赤道向两极递减,全球昼夜平分;冬至(12月22日前后)太阳直射南回归线,全球正午太阳高度从南回归线向南北两侧逐渐递减,南回归线及其以南的地区正午太阳高度达到最大值,北半球各纬度正午太阳高度达到最小值,在直射点南移过程中,北半球昼变短,夜变长。正午太阳高度的变化和昼夜长短的变化便形成了地球上的四季更替和五大气候带。

  太阳辐射在地球的分布,主要取决于太阳高度角,因为地球歪斜的姿态,太阳高度角随纬度增加而递减,这不仅影响温度分布,还影响气压、风系、降水和蒸发,使得地球气候呈现出按纬度分布的地带性。科学家们根据这一气候特点将全球划分为热带、南北温带和南北寒带。热带地区没有极昼极夜,但有太阳直射;南北寒带有极昼极夜;而温带既没有极昼极夜,也没有太阳直射。

  除了气候,海水也因太阳而产生了洋流。受太阳热辐射影响,海水不断经历水循环而形成了密度不同的水团,再加上热辐射加热大气后产生了风应力、地转偏向力、引潮力等作用而发生的大规模相对稳定流动就被称为洋流,它是海水的普通运动形式之一,也是地球表面热环境的主要调节者。巨大的洋流系统促进了地球高低纬度地区的能量交换。洋流与所经流经区域之间,也通过能力交换改变其环境特征。简单来说,暖流增加温度和湿度,寒流降低温度和湿度,了解它对于研究大尺度海-气相互作用和长时期的气候变化,以及渔业、航运、排污、军事等行业都有重要意义。

  太阳“脸上”的“小黑斑”——太阳黑子也对地球上的气候变化产生影响。据说从汉武帝时期,我国就发现了太阳黑子的存在,一直到明朝后期,已经记录了不下百次的太阳黑子群活动。科学家们综合古今资料及精密观察后得出一个规律,即太阳黑子的活动周期约为11年(前四年兴盛,后七年衰落)。而在19世纪时,著名天文学家赫歇尔曾指出,地球上的降水、冷暖等都与太阳黑子活动周期有关。此后也有不少专家学者赞同这一观点。例如,亚寒带许多树龄大的树木,它们的年轮恰恰与太阳黑子活动周期有着相对应、有规律的疏密变化。同时,还有资料显示,太阳黑子活动的高峰年,地球上反常天气现象出现的几率就明显增加。

  太阳对地球的影响深入到方方面面,或许某一天人类的科技可以让地球不再需要太阳,但那璀璨的世界必定不能完整保存。带着地球流浪能在科幻中实现,但至少在今天,地球与太阳还是身处同一片星云的兄弟。(叶珊杉)


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