WhatIf系列第141期：太阳光柱
译者： 猪的米
发表时间：2016-02-22
知识提问：
如果我把太阳发出的所有可见光都集中起来，弄成像激光那样的直径约为1米的光柱，当这个光柱抵达地球时会发生什么？
——Max Schafer
回答：
Max描述的情景如下图所示：
（Max机械）
如果你站在光柱的路线上，那么毫无疑问你立刻就会死去。只不过你的死因有点异乎寻常，
他乡是故乡突然间你就不是生物意义上的人了，而变成了一个物理现象。
当光柱射中大气层时，周围的一小部分空气会在几分之一秒内被加热到上百万度[1]。这些空气会转变成等离子体，并以X射线的方式向四周发散热量。这些X射线又会继续加热周围的空气，使它们变成等离子体，并释放出红外线。这有点像氢弹爆炸，只不过程度要剧烈的多。
注销快捷键（镜头光晕）
这样的辐射会蒸发一切物体，将周围的大气变成等离子体，并逐渐撕裂地球表面。
但如果你站在地球的另一边呢？虽然你最终还是会死去——在这种情况下地球也是在劫难逃——但是你的死因究竟是什么呢？
滑翔伞培训地球的尺寸可以暂时保护另一端的人的安全，而且地震波也要花费一点时间才能穿过整个地球。然而地球并不是一个完美的庇护所，置你于死地的也不是这些东西。
你可能不会想到，杀死你的会是暮光。
禁毒小知识资料
（《暮光之城》（2008））
在夜晚，由于太阳在地球的另一边[来源请求]，因而天空看上去是黑的[来源请求]，然而天空并非总是完全黑暗的。在刚刚日落和快要日出的时候，天空中会出现闪光，此时太阳虽然还处于地平线之下，但是阳光被大气层折射后还是能被我们看到。
当光柱射中地球时，X射线、红外辐射以及所有夹在两者之间的辐射都会一股脑涌入大气层，因而我们需要先了解一下不同的光与空气的作用机理。
普通光在大气中会发生瑞利散射（Rayleigh scattering），你可能听说过瑞利散射是“天空是蓝色”的原因。好吧，可以这么说，但是更好的回答是“因为空气是蓝色的。”的确，由于某些物理原因，天空看起来是蓝色的，但所有东西的颜色不都是因为物理原因吗？[2]
当空气温度升高时，空气中的电子就会被原本束缚着它们的原子核剥离，进而变成等离子体。而从光柱源源不断而来的辐射要穿过这片等离子体才能继续前行，因而现在我们要研究不同种类的光对等离子体的透过性如何。在这里，我想提一篇Harris L.Mayer在1964年写的论文《不透明度计算：从过去到将来》（Opacity Calculations: Past and Future），因为这篇论文的开篇段落是所有我看到过的所有物理论文中写得最棒的：
这篇文章描述的现象早在几十亿年前便已开始发生。随着恒星的形成，不透明度成为了决定我们所生存的物理世界结构的基本要素之一。而当今随着爆炸温度达到恒星内部温度的核武器的出现，不透明度再次成为基本要素之一，只不过这次它决定的是人类毁灭的方式。小屁孩日记3
相比与空气而言，等离子体对X射线更透明一些。X射线穿过等离子体时，会通过康普顿散射（Compton scattering）和成对产生（pair production）效应加热空气，不过当它穿过等离子气泡遇上外部的非等离子体状态的空气时，X射线会迅速消减。但是靠近光柱的超高温空气产生的源源不断的X射线会使等离子气泡持续不断地扩大。气泡边缘的等离子体会释放出红外辐射，伴随着之前已经产生的那些红外辐射，它们会向四周扩散，加热途经的一切物体。
（如果真有人对地球这么干的话，我可就要头疼了）
这个光和热组成的气泡会包裹住地球，加热它所经过的空气和土地。随着热空气上升，等离子体产生的散射和辐射会影响到越来越远的地方。不仅如此，光柱附近的大气会被轰击到太空中去，在那里它会把来自地球的光线反射回去。
辐射绕地球一圈的准确时间取决于大气层当时的散射特性，但如果那时正好是半月，它的影响就很小了。
随着Max设想的装置的启动，月球会失去光亮，因为原本照耀月球的光线被聚集成了一条光柱。在光柱射中地球大气层后不久，弦月（quarter moon）也不见了。
（我的爱好是篡改开源非正式文献图书馆，把《暮光之城》的新书或者新电影发布时的月相说成是“新月”）
当Max的装置产生的光柱射中地球大气层时，接触点产生的光线会照亮月球。而如果你不幸地处于从月球上反射回来的光线所在的位置，那你将会被灼烧致死……
（当你看到月光时/你的视网膜细胞就死翘翘啦……）
……正如暮光包裹着地球，我们将最后一次看到日出。[3]
（《破晓2：机械舞》，梗来自于《Breakin' 2: Electric Boogaloo》这部电影）
能源审计报告不过等等，似乎地球可能不会完全毁灭，这取决于Max的装置能不能对目标进行追踪？如
果不行的话，那么地球自身的公转运动就能就自己一命。如果光柱只能瞄准天空中的某一个固定点，那么3分钟后地球就会挪出光柱的范围。
地球表面的所有人还是会被烧熟，大量的大气层和地表也会消失，但是地球的大部分质量还是能够保留下来，只不过剩下来的也是焦炭一块了。
而太阳死光还会继续朝宇宙深处前进。若干年后，如果光柱击中了另一个行星系统，那时散大的光斑将不足以气化任何东西，但应该还是能够加热那颗星球的表面的。
Max设想的情景可能给地球下了死刑，但值得欣慰的是，可能还有其他生物给我们垫背。
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注释
注1：华氏度、摄氏度、兰氏度、开尔文，随便什么单位都行。
注2：当问到“为什么自由女神像是绿色的？”时，你的回答应该是“因为女神像的外表面是铜，因而一开始看上去是铜的颜色。不过随着时间的推移，氧化产生的碱式碳酸铜会慢慢地积附在表面，而碱式碳酸铜是绿色的。”你不会回答说“这是由于女神像表面分子对于特定频率的光线的吸收和散射造成的。”
注3：这张图片能让特定的一群人很不爽。（梗来自于《绝命毒师（Breaking Bad）》）
