雨中女郎|太阳每小时会“烧”掉144亿吨物质,为何在未来还会越来越大?
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太阳就像一个熊熊燃烧的大火球 , 每时每刻都在向外释放出光和热 , 其中的极小一部分(大约22亿分之1)传递到了地球上 , 地球也因此而变得温暖和舒适 。
太阳每秒钟释放出的能量大约为3.8 x 10^26焦耳 , 根据爱因斯坦的质能方程E=MC^2 , 我们就可以计算出太阳每秒钟会损失大约400万吨的质量 , 假如将计时单位换成小时的话 , 我们就可以得到一个令人吃惊的结论 , 即太阳每小时会“烧”掉144亿吨的物质 。 那么太阳在未来会不会变得越来越小呢?
一般来讲 , 既然太阳在不断地损失物质 , 那么太阳在未来应该会越来越小才对 , 但科学家却告诉我们 , 实际情况却恰恰相反 , 在未来的日子里太阳的体积将会持续增大 , 在大约50亿年以后 , 太阳还会变身为一颗巨大的“红巨星” , 其表面甚至会膨胀到地球轨道附近 。
太阳每小时会“烧”掉144亿吨物质 , 为何在未来还会越来越大?首先要说的是 , 太阳的质量大约有2千亿亿亿吨(2 x 10^27吨) , 由此可见 , 与太阳本身的质量相比 , 144亿吨根本就不算什么 , 按照每小时“烧”掉144亿吨的速度 , 即使在50亿年以后 , 太阳因此而损失的质量也不过占其总质量的万分之3左右 , 对太阳的影响可以说是微乎其微 。 那么为什么太阳在未来还会越来越大呢?这需要从太阳的内部机制来解释 。
从本质来看 , 宇宙中所有的星球都是大量的物质在引力作用下凝聚而成 , 太阳当然也不例外 , 由于太阳的质量很大 , 其星体就会因为自身的重力而不断地坍塌 , 越往内部的物质 , 其压缩程度就越高 , 物质密度也就越大 。
随着坍塌过程的持续 , 太阳的核心区域的物质密度就越来越大 , 同时温度也越来越高 , 当达到一个临界值的时候 , 太阳核心的氢核聚变就被点燃了 , 这就是太阳的光和热的能量来源 。
核聚变释放的能量是相当巨大的 , 在太阳核心的核聚变启动之后 , 其释放的能量就会汹涌而出 , 进而在太阳内部产生一个向外的压力 , 我们可以将其称为辐射压 , 它可以有效地阻止太阳的坍塌 。
当太阳核心的核反应较弱的时候 , 重力就会占上风 , 这时太阳的体积就会因为重力而缩小 , 而体积缩小了 , 太阳核心的物质密度和温度就会进一步增加 , 所以核反应就会趋向于更加剧烈 , 从而使辐射压大幅增强 , 于是辐射压就占了上风 。
在这种情况下 , 太阳的体积就会膨胀 , 而在膨胀之后 , 其核心的物质密度和温度就会降低 , 这又会使核反应变弱 , 于是重力又会重新占到上风……
也就是说 , 太阳的自身重力能让太阳的体积持续收缩 , 而太阳内部的辐射压则能让太阳的体积膨胀 , 所以我们可以认为 , 太阳的体积大小取决于这两种力量的平衡状态 。 那么这两种力量会一直保持现在这种平衡状态吗?答案当然是否定的 , 因为太阳的“核燃料”终归是会被“烧”完的 , 所以重力将会是笑到最后的一方 。
但在这个过程中的很长一段时间里 , 太阳内部辐射压却会逐渐加强 , 从而让太阳越来越大 , 为什么这么说呢?
氢核聚变的最终产物是氦 , 而太阳核心的温度以及物质密度是不足以点燃氦核聚变的 , 因此这些氦就会在太阳核心不断聚集 , 这就会造成太阳核心壳层向外扩张 , 从而使氢的聚变区域越变越大 。
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