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在远日点上(与太阳距离为1.7个天文单位),太阳看着就像现在的一半大,释放出的能量是现在的13,但全球的平均温度仍有20℃,这主要是因为赤道处的海水表面温度依旧远高于40℃。
雨会变成雪。
等地球回到出发点,即与太阳相距1个天文单位时,全球温度降至最低。
此时的海水冷却至20℃,而距离海岸最远的陆地区域已经一片冰天雪地。
撒哈拉沙漠和澳大利亚内陆变成了潮湿的副极地草原,气温约为10℃,而欧洲、亚洲和北美洲则被埋在几米厚的雪下。
新的循环从短暂的春天开始,地球上将出现大范围解冻,因为阳光增加了,不过很快,地球又将回到令人难以忍受的状态。
这个气候极端的世界倒不是完全不能住,因为季节过渡期可以形成对生命有利的环境。
为了躲过大陆环境恶劣的夏季和漫长的冬季,生物一定会演化出某种机制,或是冬眠,或是逃到海底去。
然而,这个模型隐藏了一个小把戏:要让离心率为0.7的地球适宜居住,还得回到阳光的问题上,得让阳光减弱30%,相当于让地球与太阳的平均距离增加20%。
这里需要提到开普勒第三定律:行星公转周期的平方与半长轴(semiassemaggiore)的立方之间比值一定。
别被这句话吓到了,它只是想用专业语言说明,轨道面越大,行星完成一次公转需要的时间就越长。
增加地球与太阳的平均距离,即椭圆的“半长轴”
,就意味着延长每年的持续时间,即拉长公转周期。
通过计算就会发现,增大离心率但保持平均距离(和一年时间)不变,会使得地球接收到的能量平均值增加。
因此,平均气温便会上升。
如果离心率变得太大,地球就真变成了一颗彗星。
但一年时间保持不变,那就相当于将位于近日点的地球暴露于强烈的阳光照射下,引发不可控制的温室效应。
水蒸气是一种影响很大的温室气体,目前它能在大气层中保持平衡要归功于海洋。
若全球平均气温升高50℃,不仅对流层(大气层最底层,即我们生活的地方)中水蒸气会增加,平流层中也会,进而加剧温室效应。
而这将促使全球平均气温进一步上升,使更多的水蒸发。
这样一个恶性循环会导致海水在短短几年内全部蒸发,使地面温度超过900℃。
平流层里的水蒸气会在太阳辐射下慢慢分解:氢消散在太空中,氧附着在岩石表面。
没有了海洋,火山喷发释放出的二氧化碳便会停止矿化,并不可避免地聚积在大气层里。
板块将会停止运动,因为只有当海洋存在时板块才能运动。
剩下的地球如同地狱一般,干裂成一块一块的,被一层厚厚的二氧化碳包得密不透风,温度始终高得能熔化铅。
欢迎来到金星,或者说,欢迎来到大约10亿年后的地球:因为虽然缓慢,但太阳亮度确实在不断增加。
对于公转周期为一年的地球来说,离心率只要达到0.45就会出现以上情形,但在我们假设的模型中,地球的公转周期更长一点,所以离心率至少要达到0.7。
如果离心率是0.8,那么要使地球宜居,一年就要延长6个月,这样一来,冬夏两季将会变得更加极端:冬天时就连赤道地区都会下雪,大部分时间里欧洲都是一片冰天雪地,其余时间则是短暂严酷的夏天,气温在50℃以上。
如果离心率再大一些,比如0.9,那么气候将会更为极端。
不管冬天有多长、多冷,气温在短暂的夏季将超过120℃,使得平流层的水蒸气增加并引发不可控的温室效应。
如果要通过增加日地平均距离,即延长公转周期来缓解温室效应,那一定会陷入另一个更可怕的境地:全球进入永恒的冰川时代。
冬季结成的冰块又白又亮,会将更多的太阳光反射到太空中,导致气温降低,进而形成更多冰块,陷入一个恶性循环,使整个地球变成一个巨大的雪球。
正常情况下,温室效应会受到地球上的气候控制,但倘若冬季变得如此漫长、严寒,把地球的一大部分盖在一片白雪之下,那么就连近日点的强烈光照也无济于事:冰块一旦形成,需要很多能量才会融化,而地球经过近日点的时间太短了。
令人惊讶的是:6.5亿年前的成冰纪时期(perieniano),地球至少有一次像这样完全被冰雪覆盖。
地质学家不知其中缘由,但肯定不是因为轨道离心率太大。
绕圆形轨道运行的行星上也可能出现越来越冷的恶性循环。
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