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2000億倍太陽質量

生活 更新时间:2025-02-09 09:27:34

我們認識的第一顆恒星就是太陽,經過科學家數百年的觀測與驗證,建立起了最可靠的太陽标準模型!但吃瓜群衆們正聽說,太陽每秒都丢失400萬噸質量,這是什麼情況?根據萬有引力,這太陽變輕了,地球距離太陽越來越遠,以後曬不到太陽了?

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太陽每秒損失400萬噸質量,到底是怎麼算出來的?

很久以前科學家就想搞清楚太陽到底是怎麼發光的,十九世紀的科學家提出了各種各樣的解釋方法,比較離譜的有認為太陽應該是燒煤的,畢竟那會也就知道煤炭能燃燒,并且熱值很高,至少比上帝創造太陽的理論是科學多了!

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不過這個理論明顯不如坍縮論和小行星撞擊論,前者認為太陽引力坍縮釋放的熱能,還有小行星不停撞擊産生的熱量,但根據黑體輻射一計算,顯然遠遠超出了科學家的預估,這個方法挺簡單,地球赤道上每平方米的獲得的輻射能,然後按地球所在的半徑擴大到整個球體,那麼就是太陽的所輻射的功率了!

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質能守恒和核聚變理論

進入二十世紀後有兩個突破是搞清楚太陽原理的關鍵,一個是愛因斯坦在1905年發表的狹義相對論,其中有個補充的質能方程推導過程,當然我們并不關心它是怎麼推導出來的,而是這個公式:

E=MC²

不過千萬别以為愛因斯坦就搞定了太陽發光原理,其實還遠着呢,愛因斯坦對太陽發光是兩眼一抹黑,啥都不懂,不過他搞清楚了光電效應原理,還因此獲得了諾貝爾獎,這是題外話,我們暫且不表!

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另一個标志性事件是愛丁頓在好朋友的鼓勵下,提出了太陽可能是通過輕核聚變的方式獲得能量,其原理是聚變過程中虧損的質量産生了能量,而當時早已通過光譜分析出了太陽上存在大量的氫元素!

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不過當時有一個懸案,因為太陽上的氫是同位素氕,這個氕聚變可不是那麼簡單的事情,因為科學家計算發現,太陽内核坍縮的溫度不足以讓氕聚變,然而科學家都看着太陽發光傻眼了,理論不行,太陽卻在發光,這臉打得啪啪響!

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不過這事情後來終于被伽莫夫搞定了,因為他推導出了氕聚變的需要的量子隧穿效應的量子力學公式,解決了困擾科學家十幾年的問題。再後來漢斯貝特搞出了質子-質子鍊反應過程,至此太陽的發光原理徹底搞清楚了!

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太陽虧損的質量

太陽每秒産生大約3.78x10^26J的能量,根據質能方程可以計算出大約需要420萬噸的質量虧損才能産生如此龐大的能量,那麼根據聚變的質量虧損比例,可以計算出太陽内核每秒大約有6億噸氫轉換成5.968億噸的氦!

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所以說,太陽每一秒都會輕400萬噸質量,其實也沒毛病,畢竟誤差不大,在5%範圍内!

太陽每秒損失400萬噸質量,未來地球會越來越遠嗎?

太陽時時刻刻都在丢失質量,50億年來的丢失的質量絕對是個天文數字,未來會太陽會漸漸消失不見嗎?那實在是太可怕了,天空中太陽消失不見了?

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其實這完全是個錯誤理解,因為氫聚變成氦的質量虧損大約是0.7%,因此即使太陽有一天氫燃料耗盡,那麼還有99.3%的質量,準确的說,這是太陽整個生命周期内,現在過了一半,那麼比這個數字還要高一些,大部分概略計算時,我們都将這個影響極小的數字給忽略!

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簡單理解就是,太陽減少0.7%的質量對地球軌道影響極小,換算到每年,大約是多少呢?1.5厘米,對于日地距離平均1.5億千米來說,大約是0.00000000001%,要不要忽略?

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不過僅僅隻計算太陽核聚變質量虧算是不夠的,太陽還在向宇宙空間發射太陽風,這是太陽輻射壓驅動的大量氫原子核和氦原子核,但這種損失比例就更低了,所以由此造成的質量減少更是有限。

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2011年03月18日,“信使”号水星探測器也發現,日心引力常數(引力常數與太陽質量的乘積)在以每年 (6.13 ± 1.47) x 10^-14 的速度減小,這甚至比理論值還小一些!所以我們大可不必為地球跑丢擔心!

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地球是變冷還是變熱?

太陽即使燒光了燃料質量變化也不大,所以我們不必擔心地球變冷變熱的問題,畢竟那是我們人類自己瞎折騰弄出來的全球氣候變暖問題!但從天文尺度意義上來說,地球的未來卻是一個比較悲傷的問題!

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因為在未來,太陽會因為内核氦元素堆積達到氦聚變的規模後爆發氦閃,然後還會因為殼層燃燒而膨脹,前者會在短時間内給太陽系内的行星輸送大量高溫恒星物質,後者會直徑增加給行星更多輻射,結果就是溫度行星溫度飙升,火星軌道範圍内的行星都不再适合生存,木星和土星的衛星反而由于溫升變得宜居!

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整體上未來是變熱的,等紅巨星末段,太陽膨脹的地球軌道附近,到那會地球就成火海了,但到最後太陽會因為對殼層失去控制,這些殼層物質會逐漸擴散,變成行星狀星雲,而中心則留下一顆白矮星,到那會地球又會比現在的冥王星還冷!

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不過無論哪個結果,對人類紀元而言,都還久遠得很!

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