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地球形成46億年,內部是一個高溫世界,會有冷卻的一天嗎?

2021-10-17由 NASA科學家 發表于 歷史

天文學家

阿爾伯特·愛因斯坦

人類形成文明之後,對於我們生存的世界就產生了無限的興趣,對於一些無法解開的謎團也在不斷探索。在不斷探索的道路上,一些問題在不同的時期都有不同的答案,這也是人類文明求知路上的一個必然過程。

我們都知道,人類的科學之路早在19世紀就開始了,那個時候在科學界有兩大難題一直困擾著許多的科學家們,一個問題是太陽為什麼會發光發熱,另一個問題就是地球的年齡。

當然,這兩個問題對於現在的我們來說,自然可以輕鬆回答,可是對於剛剛起步的19世紀科學界,卻困擾住了很多的科學家。而兩個問題,當時的科學家們沒有找到很好的解決之法,提出了不少讓如今的我們感到笑掉大牙的答案。

地球形成46億年,內部是一個高溫世界,會有冷卻的一天嗎?

例如:發現天王星的赫歇爾認為太陽有一個發光的大氣層,在大氣層之外則是一個宜居的環境,有可能生活著太陽人;德國物理學家邁耶認為,太陽的能量來源類似於燒煤;蘇格蘭物理學家沃特斯頓認為太陽的能量來源於引力的坍縮。

這些千奇百怪的答案,對於現在的人們來說是非常可笑的,但是這些答案卻都是當時的那些大科學家提出的。正是有了這種不怕後人笑話的探索精神,人類的科學之路才能夠走得更快更遠。

到了上個世紀20年代,英國科學家愛丁頓提出了一個接近真相的答案,他認為太陽的能量來源是氫元素的聚變,可是後來發現太陽核心的溫度不可能讓氫聚變,太陽發光發熱的謎團再一次陷入僵局。直到後來伽莫夫發現了量子隧穿效應才真正解決了太陽核心氫聚變的問題。

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再後來,漢斯貝特搞定了質子鏈反應,終於搞明白了太陽發光發熱的原理,也搞清楚了太陽能量的執行模式。透過這些謎團的解開,我們也成功計算出了太陽的年齡以及它最終的壽命。根據計算,太陽如今的年齡約在46億歲左右,壽命可達百億年。

解決了太陽的年齡之後,那麼地球的年齡又是如何搞明白的?相比於研究探索太陽年齡的虛無縹緲,對於地球年齡的探索就更多了。雖然人類生存地球上,但是對於地球的瞭解並不多,即使是現在的科技,對於海洋深處以及地球內部的秘密也瞭解得非常少。

而對於地球年齡的探索研究遠比探索太陽年齡要多得多,最早有關地球年齡的記載出現在《聖經》中,只不過計算中的描述並沒有明說地球到底有多少歲,後來愛爾蘭的一個大主教透過計算得出地球起源於公元前4000年22日下午6時。

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這位大主教為了計算地球可是費了不少的腦筋,竟然精確到了小時,或許這樣的答案在當時得到很多人們的認可,畢竟這個答案看上去是那麼的真實。當然,現在我們都明白,這是一個錯誤的答案,是非常可笑的。

後來考古學家試圖透過生物化石來探索地球的年齡,這或許是不一個不錯的方法,給當時的科學家提出了一個靈感。可是我們都明白,地球的生命時代並不代表地球的真實年齡,生命的誕生時間必然要小於地球的誕生時間,更何況我們透過發現的生物化石也不是地球最早一批的生物化石,最早的生物化石早已消失在歷史長河中。

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科學家透過蒐集大量的古生物化石,得出地球的年齡是7。5萬歲,當然這也是一個錯誤的答案。之後又有物理學家提出了用更科學的方法來測定地球的年齡,也就是透過地下岩漿的冷卻和地表散熱的速度來計算,看上去是有一定的科學道理,可是由於我們無法真正搞明白地核岩漿的真實溫度,最終得出的結果離真正的答案也偏差巨大。

真正為科學家計算地球真實年齡開啟新大門的是放射性元素的發現,說起放射線元素,我們就會想起居里夫婦,1898年居里夫婦發現了放射性元素釙和鐳,並且同時發現鐳元素在衰變時會釋放大量的熱。放射性元素的發現,讓科學家找到了測定地球年齡的新方法。

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1904年盧瑟福發表了關於放射性對地球溫度和年齡的影響報告,認為地球內部的放射性元素產生熱量能平衡自身的冷卻,並且由此開創出了一個新的領域,放射性地球年齡測定。

透過這個方法,科學家最終計算出了地球的真實年齡約為45。5±0。7億年。細心的朋友會發現,這個年齡與太陽的年齡非常吻合,難道這是一種巧合嗎?或許不是,太陽內部的能量來源其實跟地球內部的能源來源是非常相似的。

放射性元素會釋放出能量,而在地球內部有著大量的鈾元素,它們的衰變同樣會產生熱量。由於地球的內部是一個封閉的環境,這些熱量難以散發出去,聚集在地核形成了一個熔融態,形成了一個高溫的世界,溫度高達6000攝氏度,這跟太陽表面的溫度非常接近。

地球形成46億年,內部是一個高溫世界,會有冷卻的一天嗎?

除此之外,地核的熱量有一部分來自於地球引力的坍縮。一個熔融狀態的高溫核心,其中含有大量的鐵鎳質,它們都是導電體,再加上太陽風對地球的一個誘發,於是形成了保護地球的強大磁場。當然,目前這個還只是一個猜測,地球的磁場到底是如何來的,科學家還無法給出確定的答案。

不管地球的磁場形成機制如何,但是它跟地核的熔融狀態必然有關是不用懷疑的,如果地核不斷冷卻最後變成一個固態,那麼地球的磁場大機率也會消失。那麼地球的核心會有冷卻的一天嗎?答案是肯定的。

地球核心熱量的主要來源是鈾元素的衰變或者其衰變產物的繼續衰變,而鈾-238半衰期是44。7億年,鈾-235是7億年,這些放射線性元素的衰變基本已經超過了一半還多,而下一個週期變會更短。所以理論上來講,核心會越來越冷,再有23億年就會徹底冷卻,那個時候地球的磁場將會消失。

地球形成46億年,內部是一個高溫世界,會有冷卻的一天嗎?

沒有了磁場保護的地球,表面的生命也就無法生存下去,人類到了那個時候也不得不放棄地球去其他星球生活。當然,這個時間還是無比漫長的,23億年足可以讓人類的科技發展到一個我們無法想象的高度,或許用不了這麼長的時間,人類的腳步就會遍佈整個銀河系,甚至在宇宙的其他星系也會有人類的身影,所以我們不用擔心地球的核心冷卻後,人類沒有生存之地。

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