熱和風
太陽的巨大能源有兩個主要副作用——紫外線和太陽風。紫外線可以導致癌癥、白內障和其他健康問題。太陽風是從太陽涌出的帶電(即離子化)粒子流,可以剝去大氣層。幸運的是,地球有針對這兩種災害的天然防御措施。臭氧層可以保護我們免受紫外線的傷害,磁場可以保護我們免受太陽風傷害。
平流層是大氣層中的一層,就位于我們生活的這一層之上,包含薄薄一層臭氧 (O3)。如果沒有太陽,這一層就不會存在。臭氧由三個氧原子組成。臭氧分子并不非常穩定,但形成這種分子需要很多能量。當紫外光照射到氧分子 (O2) 上時,將使氧分子分裂為兩個氧原子 (O)。其中一個原子接觸到氧分子時,將結合形成臭氧。該過程還是可逆的——當紫外光照射到臭氧時,它將分裂為一個氧分子和一個氧原子。
NASA供圖
氧分子+光=兩個氧原子。
氧原子+氧分子=臭氧分子。
此過程稱為臭氧-氧循環,它將紫外光轉換為熱,阻止其到達地球表面。如果沒有太陽,地球就不會有臭氧層——但沒有太陽,地球也就不需要臭氧層。
但在太陽創造臭氧層的同時,地球自身也在創建自己抵御太陽風的防御系統。如果沒有地球磁場,太陽風產生的離子化粒子就會揭掉地球的大氣層。這個磁場來自地核深層。內核與外核的相互作用產生了磁場。
USGS供圖
地球層次包含內核、外核、地幔和地殼。
地球的內核由固態鐵組成。圍繞內核的是熔化的外核。這兩層在地球內部的極深處,通過厚厚地幔與地殼分隔開。地幔是固態的,但可以延展,與塑料相似,并且是火山巖漿的來源。
地球內核的自轉,與地球繞地軸自轉非常相似。外核也在自轉,但速率與內核的速率不同。這就產生了發電機效應,即地核內部產生了對流和電流。從而產生地球的磁場——地球就像一塊巨大的
電磁體。當太陽風到達地球時,將與磁場(即磁層)碰撞,而不是與大氣層碰撞。
SOHO聯盟供圖。
SOHO是ESA和NASA聯合進行的國際合作項目。
兩極實際上定期變更位置——在過去的3.3億年里大約變更了400次。在發生偏轉時,磁場將變弱。但計算機模擬預測,太陽可在發生偏轉時對磁場減弱進行補償,通過與大氣層相互作用增強磁場。
地球的物理成分產生了地球磁場。這種成分是地球形成時的產物,沒有太陽也就不可能有地球。
行星和恒星
極光地球的磁場是產生
北極光的原因 ,當太陽輻射被地球磁場彈回時,就會出現這種神奇的光。這種現象在南極也會發生。在南半球,這種光稱為南極光。
有關地球起源最著名的科學理論與被稱為太陽星云的自轉塵云有關。這塊星云是大爆炸的產物。哲學家、宗教學者和科學家對于宇宙的起源有很多觀點,但接受度最廣的是大爆炸理論。根據這一理論,宇宙起源于一次巨大的爆炸。
在大爆炸以前,現在宇宙中的所有物質和能量當時都包含在一個奇點中。奇點是溫度極高、密度無窮大的點。
黑洞中心處發現的也是這種物體。這個奇點漂浮在整個真空中,直到發生爆炸,將氣體和能量向各個方向拋出。設想一枚炸彈在雞蛋內爆炸——物質以很高的速度向各個方向飛出。
隨著爆炸產生的氣體逐漸冷卻,各種物理力使得粒子聚集起來。隨著它們繼續冷卻,運動也逐漸減慢并且變得更有組織,最終成長為恒星。這一過程大約耗費了十億年。
大約五十億年前,其中一些氣體和物質形成了太陽。起初,它是一團溫度很高的自轉氣體云,也包含一些較重的元素。這團塵云在自轉過程中,匯集成為一塊稱為太陽星云的碟形星云。地球和其他行星可能也是在這塊碟形星云中形成的。星云的中心繼續凝結,最終燃燒起來成為太陽。
NASA供圖
太陽星云
沒有實質性的證據確切表明地球是如何在這塊星云中形成的。科學家們有兩種主要理論。兩種理論都包含天體增大,即分子和粒子聚集在一起。它們的基本觀點相同——大約46億年以前,粒子聚集在一塊巨大碟形氣團中形成了地球,它圍繞將來變成太陽的物體飛行。太陽燃燒起來后,吹開了所有額外的粒子,形成我們今天所知的太陽系。月球也是在太陽星云中形成的。
起初,地球非常熱并且火山活動頻繁。隨著地球冷卻形成固體地殼,小行星和其他碎片造成了許多表面坑洼。地球繼續冷卻,水填充了表面形成的盆地,從而產生海洋。
通過
地震、
火山爆發和其他因素,地球表面最終變成我們今天所知的形狀。它的質量產生的萬有引力固定住了所有物體,它的表面為我們提供了生活場所。如果沒有太陽,整個過程都不會開始。
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我們怎么知道?隨著不斷
演變,大爆炸理論已經引發了一些爭論。下面是科學家們認為這一理論正確的幾個原因:宇宙中的所有物質正以極快的速率互相遠離。科學家們已經通過測量恒星的哈勃紅移(即隨著離我們遠去的物體所發出的光,其波長會變得有多長)證實了這一點。
科學家們可以探測和測量稱為宇宙微波背景 (CMB) 輻射或原始背景輻射的低水平輻射。這看起來是大爆炸的后果。新的 CMB 分析表明,宇宙在一瞬間從一個微小的點變成一個巨大的系統(
參考)。
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密歇根大學和
加州大學伯克利分校查看。