太陽每小時會「燒」掉144億噸物質,為何在未來還會越來越大?

天空之城 2020/10/11 檢舉 我要評論

太陽就像一個熊熊燃燒的大火球,每時每刻都在向外釋放出光和熱,其中的極小一部分(大約22億分之1)傳遞到了地球上,地球也因此而變得溫暖和舒適。

太陽每秒鐘釋放出的能量大約為3.8 x 10^26焦耳,根據愛因斯坦的質能方程E=MC^2,我們就可以計算出太陽每秒鐘會損失大約400萬噸的質量,假如將計時單位換成小時的話,我們就可以得到一個令人吃驚的結論,即太陽每小時會「燒」掉144億噸的物質。那麼太陽在未來會不會變得越來越小呢?

一般來講,既然太陽在不斷地損失物質,那麼太陽在未來應該會越來越小才對,但科學家卻告訴我們,實際情況卻恰恰相反,在未來的日子裡太陽的體積將會持續增大,在大約50億年以後,太陽還會變身為一顆巨大的「紅巨星」,其表面甚至會膨脹到地球軌道附近。

太陽每小時會「燒」掉144億噸物質,為何在未來還會越來越大?

首先要說的是,太陽的質量大約有2千億億億噸(2 x 10^27噸),由此可見,與太陽本身的質量相比,144億噸根本就不算什麼,按照每小時「燒」掉144億噸的速度,即使在50億年以後,太陽因此而損失的質量也不過占其總質量的萬分之3左右,對太陽的影響可以說是微乎其微。那麼為什麼太陽在未來還會越來越大呢?這需要從太陽的內部機制來解釋。

從本質來看,宇宙中所有的星球都是大量的物質在引力作用下凝聚而成,太陽當然也不例外,由於太陽的質量很大,其星體就會因為自身的重力而不斷地坍塌,越往內部的物質,其壓縮程度就越高,物質密度也就越大。

隨著坍塌過程的持續,太陽的核心區域的物質密度就越來越大,同時溫度也越來越高,當達到一個臨界值的時候,太陽核心的氫核聚變就被點燃了,這就是太陽的光和熱的能量來源。

核聚變釋放的能量是相當巨大的,在太陽核心的核聚變啟動之後,其釋放的能量就會洶湧而出,進而在太陽內部產生一個向外的壓力,我們可以將其稱為輻射壓,它可以有效地阻止太陽的坍塌。

當太陽核心的核反應較弱的時候,重力就會占上風,這時太陽的體積就會因為重力而縮小,而體積縮小了,太陽核心的物質密度和溫度就會進一步增加,所以核反應就會趨向於更加劇烈,從而使輻射壓大幅增強,於是輻射壓就占了上風。

在這種情況下,太陽的體積就會膨脹,而在膨脹之後,其核心的物質密度和溫度就會降低,這又會使核反應變弱,於是重力又會重新占到上風……

也就是說,太陽的自身重力能讓太陽的體積持續收縮,而太陽內部的輻射壓則能讓太陽的體積膨脹,所以我們可以認為,太陽的體積大小取決於這兩種力量的平衡狀態。那麼這兩種力量會一直保持現在這種平衡狀態嗎?答案當然是否定的,因為太陽的「核燃料」終歸是會被「燒」完的,所以重力將會是笑到最後的一方。

但在這個過程中的很長一段時間裡,太陽內部輻射壓卻會逐漸加強,從而讓太陽越來越大,為什麼這麼說呢?

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