張雙南，中國科學院高能物理研究所研究員，中國科學院粒子天體物理重點實驗室主任。1984 獲清華大學學士學位。1989 年獲英國南安普敦大學博士學位。1989－1992 美國賓西法尼亞大學博士後。
長胖會增加地球的重量嗎？別笑，天文學傢說這是一個好問題
地球很大，她支撐著超過 64 億的人口和無數的成千上萬的生命；地球也很小，她隻是茫茫宇宙中一顆轉動的小行星。地球為人類準備好瞭美麗、舒適的生存環境，而我們對她的瞭解又有多少呢？人類在地球上的時間還剩多少？地球會走向滅亡嗎？人類有可能移民到火星嗎？本期張雙南專欄，帶你一起從科學的視角，認識地球，探討人類與地球的最終歸宿。
目前，地球仍是人類唯一的歸宿。圖片來源：123RF
地球為什麼會自轉？可以理解為因為宇宙大爆炸把地球像足球一樣踢出去，地球像足球一樣在空中旋轉，沒有摩擦所以停不下來嗎？
張雙南：您說的沒有摩擦所以停不下來是對的，其背後的物理規律就是角動量守恒定律，而這個角動量守恒定律，也正是地球一開始就會自轉的原因，但是和宇宙大爆炸則是沒有一毛錢的關系。大爆炸的時候，宇宙中不但沒有地球以及其他任何天體，而且甚至根本就沒有最後形成地球的這些物質，這些物質是在後來宇宙的演化以及形成恒星之後恒星的演化過程中形成的。當這一團以氣體的狀態聚集在一起的物質決定形成地球的時候，由於角動量守恒定律，這些氣體就隻能邊繞著氣體的中心旋轉邊往中心落，這些最後落到中心的旋轉著的氣體就形成瞭自轉的地球，然後由於地球周圍沒有太多氣體瞭，就沒有摩擦瞭，於是地球就隻能不停地自轉下去瞭。宇宙中大部分天體都會自轉，原因也都差不多。
地球的年齡是 45.5 億年，這個是怎麼計算出來的？
張雙南：通常我們所說的地球的年齡有兩個定義，一個是指它的天文年齡，指的是從地球的形成到今天的年齡，45.5 億年指的就是這個，這和地球起源的模型有密切關系，一般認為太陽和太陽系內的行星都是一次幾乎同時形成的，因此年齡都差不多。另一個年齡指的是地球的地質年齡，是指地球上從有地質作用開始到現在的時間，因為具有分層結構的地球是逐步形成的，所以地球的地質年齡小於它的天文年齡。地質年齡的計算需要通過利用同位素衰變的原理，尋找地球上最古老的巖石，這樣得到的年齡和天文年齡差不多，有時候少幾億年。
人類的行為活動影響著地球，有可能人類先毀滅瞭地球。圖片來源：123RF
人變胖瞭，地球會加重嗎？
張雙南：說實話，您提的這個問題並不簡單。我們先看看地球上人的重量和地球的重量的關系，簡單計算一下就知道，現在地球上所有人的重量隻占地球的重量的大約兩百萬億分之一，聽好瞭，不是兩百萬分之一，也不是兩百億分之一，而是兩百萬億分之一，因此完全可以忽略不計。如果一定要較真，那麼原則上由於物質是守恒的，人變胖瞭是由於吃瞭地球上的食 物，所以地球的重量不會增加。但是如果很較真兒，那麼食物是為瞭人而生產出來的，來自於太陽的能量，如果不生產這些食物，這些太陽能就會回到地球以外，所以這個生產食物的過程中地球的確略微變重瞭那麼一點點，但是和地球的重量相比更是可以忽略不計，和地球上的各種宏觀能量循環過程相比更加是可以忽略不計。
霧霾現在很嚴重，能不能有方法把霧霾都釋放到太空去？或者把霧霾分解成能源利用呢？科技現在發展到這個地步瞭吧！
張雙南：首先贊揚您的想象力很豐富，腦洞很大，而且非常有責任感！但是很遺憾，從原理上我們沒有可能把霧霾都釋放到太空去，原因就是地球的引力，而正是由於地球的引力，我們才有一個大氣層，我們才有空氣可以呼吸，高山上空氣稀薄也正是因為高山上引力更弱一些。而霧霾顆粒的密度又決定瞭霧霾主要在低層大氣，這也是高山上沒有霧霾、空氣質量好的原因。因此即使不考慮污染太空的問題，我們也不可能把霧霾趕出地球。至於把霧霾分解成能源利用，這完全沒有必要，因為霧霾主要是燃燒的產物，所含的化學能已經很少，還不如垃圾多，而且霧霾的收集和處理也比垃圾復雜得多，所以不值得做。總的來說，我們唯一能夠做的就是減少霧霾的排放。
人類在地球上能存在多少時間呢？地球最後會被分散成碎片，還是被黑洞吞噬，還是投向太陽的懷抱？
張雙南：導致人類不能在地球上繼續生存的原因可能包括人類的活動對地球的影響、地球的氣候變化、小行星撞擊、宇宙中極端天體爆發活動、最後是太陽本身的演化等等。在百年到千年的時間尺度上，人類的威脅來自於人類自己。在萬年到百萬年的時間尺度上，各種自然災害包括地球的氣候變化、天體的爆發活動和小行星的撞擊是人類的主要威脅。在億年到 10 億年的時間尺度上，太陽內部的核燃燒過程改變，太陽表面會變得太熱，地球上人類無法生存。在幾十億年的時間尺度上，太陽內部的核燃燒過程會再度改變，體積迅速增加以至於吞噬地球。因此地球必然會有一天要滅亡的，但是地球被分散成碎片或者被黑洞吞噬的可能性幾乎沒有。
追問：從科學的角度講，人會有下輩子嗎？
張雙南：從科學的角度講，人不會有下輩子，人死掉瞭這個人的生命就結束瞭，就不會再有下一次瞭。因此我們需要好好的活，我們隻有這一次機會，我們都要過好我們的這一生。
外星探索過程中的科學知識和技術對人類的未來發展十分重要。人類不能停止對外星進行探索的腳步。圖片來源：123RF
為什麼各個國傢都熱衷火星移民？那裡的生存環境不可能比得上地球吧！為什麼不去保護這個美麗星球，反而給世人有第二地球的幻覺，這難道不會讓大傢更肆無忌憚地破壞環境嗎？
張雙南：我認為，人類生存所面臨的危險有幾個方面。一是人類有可能自己毀滅自己，或者把地球折騰的不適合居住，導致人類滅絕，所以這肯定是人類必須首先解決的問題。二是地球自身的長期變化會使得地球無法居住，比如地球歷史上就出現過多次人類肯定無法生存的情況。三是小行星撞擊或者其他天文災難會導致地球的環境不適於人類生活。四是太陽本身的演化會使得地球環境惡化甚至會吞噬掉地球。對於後三種情況，人類隻能移民太陽系其他行星甚至逃出太陽系。因此人類有必要研究如何做到這一點。盡管火星目前完全不適於人類居住，但是改造火星使得火星適於居住並且移民火星就很有必要瞭。即使我們最終無法做到移民火星，但是在這個過程中發展出來的科學知識和技術對於人類的未來也是很重要的。
馬斯克的殖民火星計劃似乎很有說服力，您認為他的計劃會實現嗎？如果有可能，您會買船票嗎？
張雙南：馬斯克的殖民火星計劃雄心勃勃，令人敬佩。我同意，人類隻有移民到另外一個星球上才能繼續生存下去，因為地球最終不適於人類生存甚至會被毀滅。在太陽系內，火星的確是殖民的第一候選星球，但是我不認為殖民火星是最佳選擇，因為火星的環境比地球惡劣的多，改造火星的代價遠遠比維護好地球要高，而且太陽的演化如果會毀滅地球，最終也會毀滅火星。在可以預見的未來，殖民火星隻是科幻，所以我不想買這個船票，當然我也沒有錢買。但是尋找適於人類居住的其他星球，發展更先進的航天技術，無疑是人類長期生存和發展的需要，而把火星作為一個殖民試驗場的意義非常重大，因此我支持馬斯克的計劃。
