當太陽光束對準地球

張桐

如果你恰巧站在這個光束經(jīng)過的路徑上，毫無疑問你會立刻死去。不過，你的死法和目前已知的所有死法都有點兒不同：一瞬間你就不再是一個生物意義上的存在，而成為一個物理現(xiàn)象了。

這個光束射向大氣層時，它會將光束附近那一小塊的空氣瞬間加熱到上百萬攝氏度。這部分空氣會轉(zhuǎn)化為等離子體，并且以X 射線的形式向四面八方發(fā)散熱量。這些X射線繼續(xù)加熱其附近的空氣，使它們也轉(zhuǎn)化為等離子體，并開始放射紅外線。這有點兒像氫彈爆炸時的情況，只不過比那還要猛烈得多。

這些射線會蒸發(fā)一切可見的事物，將其附近的大氣轉(zhuǎn)化為等離子體，并且逐漸撕裂地球表面。

不過，不妨假設你站在地球的另一端。即使如此，你也難逃一死，因為在這種情況下，整個地球的處境都不會好。那么，你的確切死因是什么呢？

地球的尺寸足夠大，至少可以暫時保護地球另一端的人們免受這個光束的傷害，而且，地震波穿過地球到達另一端也需要一點時間。不過，地球并不是完美的庇護所。殺死你的也不是上述這些。

事實上，你將死于暮光。

夜晚的天空是黑的，因為太陽位于地球的另一端。但是夜晚的天空并不是徹底漆黑的。日出之前和日落之后天空中也會有光，即使太陽完全隱沒，大氣表面也會折射一部分光。

假如上文所說的太陽光束射向地球，X射線、紅外線以及介于兩者之間的任何輻射，都將涌向地球大氣層。因此，我們有必要了解一下，這些不同種類的光與空氣間分別會發(fā)生些什么反應。

普通光在大氣中會發(fā)生瑞利散射。或許你曾經(jīng)聽說過，瑞利散射就是“天空為什么是藍色的”這類問題的答案。某種程度上，這個答案是正確的，但是準確地講，這類問題的答案是“因為空氣是藍色的”。當然，天空呈現(xiàn)藍色是因為一系列的物理反應，但世間一切物體呈現(xiàn)的顏色難道不都是因為物理原因嗎？（當別人問起“自由女神像為什么是綠色”時，你會說“因為自由女神像的外層是銅制的，所以最開始它呈現(xiàn)出銅的顏色。隨著時間推移，氧化產(chǎn)生的堿式碳酸銅會慢慢地積附在其表面，而堿式碳酸銅是綠色的”，而不會說“因為自由女神像表面的分子吸收和散射特定頻率的輻射，因此呈現(xiàn)出現(xiàn)在的顏色”。）

當空氣被加熱，電子會擺脫原本束縛著它們的原子核，變成等離子體。來自太陽光束的源源不斷的輻射，必須穿過這些等離子體，因此我們有必要了解各種類型的光與透明的等離子體間的相互作用。在此，我想提到一篇論文，哈里斯·L.邁耶發(fā)表于1964年的論文《不透明度計算：從過去到未來》。這篇論文的開頭，是我見過的最優(yōu)秀的物理學論文開頭：

本文討論的現(xiàn)象幾十億年前就已開始。早在恒星形成之初，不透明度就已經(jīng)成為決定我們身處的物理世界結(jié)構(gòu)的基本要素之一了?，F(xiàn)在，核武器爆炸時的溫度已經(jīng)達到恒星內(nèi)部的溫度，不透明度再次成為決定某些重要問題的基本要素之一，只不過這次它決定的是人類毀滅的方式。

與空氣相比，等離子體對X射線更透明。X射線穿過等離子體時，會通過康普頓散射和電子偶產(chǎn)生效應加熱空氣。然而，當X射線穿過等離子體遇到非等離子體狀態(tài)的空氣時，它們會迅速消散。超高溫的太陽光束會使越來越多的空氣被加熱，產(chǎn)生源源不斷的X 射線，等離子體氣泡也會隨之不斷擴大。等離子體氣泡邊緣新產(chǎn)生的等離子體會發(fā)射出紅外輻射，它們與之前已經(jīng)產(chǎn)生的那些紅外輻射向外四散，加熱遇到的一切物體。

這個光和熱組成的氣泡會逐漸把地球包裹起來，加熱空氣和每一寸土地。隨著空氣被加熱，等離子體的散射和輻射會傳到越來越遠的地平線。不僅如此，太陽光束接觸點附近的大氣會被轟擊到太空中；這些大氣在太空又會把來自地球的光線反射回去。

輻射包圍地球的準確時間取決于大氣層當時的散射特性。如果恰好遇到半月，影響不會太大。

隨著那個可見光收集器的啟動，月球會隱匿起來，因為原本照亮月球的光線被收集進了太陽光束。太陽光束擊中地球大氣后不久，弦月將會消失。

當可見光收集器發(fā)射出的光束擊中地球大氣層時，兩者的接觸點產(chǎn)生的光線會照亮月球。具體情況取決于月球的位置以及你在地球上的位置。如果你恰巧位于光線反射區(qū)域，就會立即被這束光線燒死……

當暮光包裹住整個地球的時候，所有人都是最后一次看到日出。

不過，仍然有地球不被完全摧毀的可能。這取決于這個可見光收集器是否能夠追蹤目標。如果不能，那么地球的公轉(zhuǎn)就能使它得救。如果這個太陽光束只能瞄準某一個固定點，那么3分鐘后地球就會移出光束的照射區(qū)域。

但是，地球上的所有人終究還是會死，因為地球大氣和地表的大部分都會消失。只不過地球質(zhì)量的大部分能以焦炭的形式留存下來。

這束死亡之光仍會繼續(xù)向宇宙深處照去。若干年以后，當它到達另一個行星系統(tǒng)時，很可能因為擴散太過不足以汽化任何東西，但它還是亮得可以加熱這些行星的表面。

這個假設場景可能意味著給地球判了死刑，唯一值得慶幸的是，不只是人類這一個物種必須死。

延伸閱讀

1923年，美國物理學家康普頓在研究X 射線通過實物發(fā)生散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)了一個新的現(xiàn)象，即散射光中除了原有波長的X 光外，還產(chǎn)生了波長稍大的X 光，其波長的增量隨散射角的不同而變化。這種現(xiàn)象被稱為康普頓效應。康普頓借助愛因斯坦的光子理論，從光子與電子碰撞的角度對此實驗現(xiàn)象做了圓滿的解釋。

在1923年5月的《物理評論》上，康普頓以《X 射線受輕元素散射的量子理論》為題，發(fā)表了他的發(fā)現(xiàn)，并用光量子假說做出解釋。他說：“從量子論的觀點可以假設：任一特殊的X 射線量子不是被輻射器中所有電子散射，而是把它的全部能量耗于某個特殊的電子，這個電子又將射線向某一特殊的方向散射，而這個方向與入射束成某個角度……因此，根據(jù)量子理論，我們可以期待散射射線的波長比入射射線大，正如實驗測得的那樣?！?