太阳减肥计划

  也许你并没有想过,太阳在发光发热的同时,她的质量也一直在减少。根据质能方程,聚变反应辐射能量,太阳质量必然减少;而与此同时,太阳风也在一刻不停的吹走大量粒子……

  虽然显而易见,但我还是要说,太阳巨大无比。真是太大了,直径是地球的100倍,体积是地球的100万倍,质量是地球的30万倍。等等,太阳的密度比地球小?

  然而随着时间的推移,太阳的质量一直在减小,原因有二:直接方法——太阳风吹走;间接方法——把质量转变为能量,普照太阳系。

  太阳风就是太阳表面吹出的高速等离子体流,成分包括各种粒子:电子、质子、甚至氦核。在太阳磁场的作用下,太阳风以200~800km/s的速度进入太空。

  太阳风中质子与电子数量类似,但后者的质量可以忽略,而氦核只占4%,也忽略不计。通过人造地球卫星可以探测到太阳风飞越地球的质子量。如果在地球旁边摆放一个1厘米见方的“网”,每秒可以捞到3亿颗质子。

  这只是1平方厘米截面积的通量,想要抓住全部粒子,你需要一个巨大的球面网,半径是地球到太阳的距离——1.46亿公里。这个东西好像有个有魅力的名字——“戴森球”!其面积约合3×10^27个上面提到的小网。每秒这个“戴森网”能抓住9×10^35个质子,每个质子质量是1.7×10^-24克,合计150万吨!

  太阳持续的放射着能量,这都源自其内核持续发生的核聚变——质量转化成能量,并以光的形式射入太空。

  太阳上正在的发生的聚变过程有若干步骤,最终4个质子“融”为1个氦核,并释放出巨大的能量。

  太阳的亮度可以测量(即太阳射出的光强度),感谢爱因斯坦的质能方程,我们可以算出这对应多少质量,来看看数据:

  所以答案显而易见,太阳瘦身计划,显然聚变食谱更高效,是太阳风食谱的2~3倍。说实话,两个数字这么接近还是挺出人意料的。如果不是计算支撑,直观感觉两个方案差几个零都很正常。

  万有引力公式深入人心,如果太阳的质量减少,牵引地球的力就会减小,好像会有什么不好的事情发生?

  这次忽略复杂的计算过程。根据角动量守恒,随着太阳质量的减小,地球的公转半径会线性增大。

  太阳质量每秒损失6百万吨,约合每年损失10^13分之一,乘以地球半径,得到每年地球会远离太阳——1.5cm。以这个速度,增大1km需要6.5万年,而我们步行大概只需要10分钟。假定这个速度是恒定的,大概每10亿年,地球才会远离太阳7万km。即便考虑太阳寿命初期,质量损失更快,这个数字也大不了太多。

  太阳每秒减重6百万吨,听上去巨大,那么整个生命周期减少的数字将巨大无比——约10^24吨。大概相当于100个地球,但只有太阳体重的万分之五。这减肥计划效率有点低,不过这对地球显然是好事。

  但事实并非如此,太阳核心的情况会发生变化——核聚变所需的燃料氢耗尽后,又不足以点燃氦,太阳会变成红巨星,然后抛射出大量物质。大概几百万年就能减重一半!然后剩下一个地球大小的白矮星,慢慢的冷却。

  太阳减肥的事就说到这,赶紧穿上装备跟我一起去户外运动吧,享受这“仅”能照射几十亿年的阳光!

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