太阳君档案揭秘:它是这样诞生和老去的科普中国-科普融合创作 2016-11-04 |
出品:科普中国
制作:Sym cheng
监制:中国科学院计算机网络信息中心
我们的太阳君大概就是这样子,反正我觉得美翻了~
太阳君,
与地球距离一亿四千九百六十万公里。这个距离意味着,你看到的太阳都是八分钟前的太阳,因为光通过这个距离要走八分钟。
周长438万公里,用波音747的最高速度大概半年可以绕一圈。
体积1.4*1018立方公里,可以塞下130万个地球。
质量1.99*1030kg,相当于33万个地球,所以跟体积一比,你看到太阳多数地方密度不太大。
表面重力加速度280m/s2,一个50kg的妹子到了太阳上,不好意思,她变成了1.4吨。
逃逸速度600km/s,超过这个速度才能飞走,以人类的渣科技休想飞出来。
绝对星等4.83,意思是太阳只是宇宙中无数颗恒星中最普通的那种路人甲。
视星等 -26.74,我们眼中的太阳相当于十厘米远的一个千瓦的白炽灯那么亮。(PS:满月是1米远的蜡烛)
G2V型主序星,G2V型路人甲
太阳大部分地方密度极小,(表面密度是地表空气的万分之一到百万分之一)所以即使不考虑,你实际已经被高温汽化了,你也是可以轻易地穿来穿去的。
万有引力使得所有物质有向中心聚集的趋势。又因为太阳特别大,这就导致太阳中心的物质被更外层的物质挤压得非常剧烈,进而导致太阳中心的物质密度特别高(1.6*105kg/m3,这是水的160倍,铁的20倍,一块砖头大概有五个人那么重),温度也特别高(1400万度,意思是如果你把刚才那块砖头带到地球上了,以你为中心1公里以内的东西全部被熔化)
太阳君的诞生:氢在引力下“抱团取暖”
太阳主要由74%的氢和24%的氦组成。74%的氢是太阳从诞生以来就有的,24%的氦是后来变出来的。
太阳出生之前就是一坨又一坨飘在宇宙中的氢,你想宇宙是多么的孤独寂寞冷,所以氢们开始在万有引力的吸引作用下互相抱团。吸引作用会导致原子加速,原子加速会提高这坨氢的温度(引力势能转化成动能,然后互相摩擦转化成热能)。刚开始挺好的,那时候互相抱团的氢只形成了一个小球,大家一抱团温度都提高不少,密度也变高不少。热热闹闹一片和谐的样子。
但后面就不行了啊,慕名而来的氢越来越多,小球越变越大。外围的氢都想要冲到中心去,中心的氢堵在里面又不容易出来。于是中心的温度和密度就不断变高。你想明明气候越来越热了还越来挤,这谁受得了啊。于是矛盾激化,当中心温度超过一千万度时,处在中心的氢突然核聚变点火。就是说中心的氢用一种奇怪的方式把自己的一部分质量转化成能量,能量有往外面冲的趋势。于是想往外面冲的能量和想往里面挤的氢原子互相平衡。外部的物质就不再能继续挤进来,中心的温度和密度将趋于稳定。光携带着能量缓慢从物质的缝隙中来到表面(这是一个极其缓慢的过程,一个在太阳中心产生的光子平均花费100万年穿越中心到表面的50万公里,然后花费8分钟穿越太阳到地球的一亿公里进入你的眼睛),我们的太阳诞生了!
图示,氢的聚变反应,总效果是让4个氢变成了1个氦,2个正电子,2个电子中微子,2个光子(光子携带大部分能量,其他粒子携带小部分)。
上图的氢聚变过程在太阳里面每秒发生9*1037次,每秒将426万吨质量转化成纯能量,也就是每秒产生3.8*1026焦耳,相当于9192万亿吨TNT炸药释放的能量。这一秒释放的能量已经不是供人类用多少年电的问题了。这一秒的能量足够把我们可爱的小蓝星直接变成闪闪的小红星(岩浆薄壳=。=~)......看,“秒杀”这个词用在这个地方是多么的恰当呢~
太阳君未来50亿年啥样?计算机都模拟出来了
我们的太阳诞生了45亿年。怎么知道的呢?因为太阳是如此的简单啊......无聊的物理学家们用超级计算机模拟一坨又一坨氢,把物理公式一输,初始条件边界条件一带,让它们自己电脑里演化45亿年。艾玛,演化结果和真实太阳的观测数据各种高度吻合。
而且计算机模拟甚至一不小心让我们知道了太阳的未来......
在接下来的50亿年,太阳会继续消耗剩下的74%的氢,并且氦的密度比氢大,中心会产生一个氦组成的球。氦的点火温度是一亿度,所以氦球不会核聚变。于是氦们就使劲往里面挤,然后氦球的温度就升高,紧挨着氦球的氢包层因温度上升而加速聚变,结果产生的热量持续增加,传导到外层,本来互相平衡的两股力量不再平衡了。物质开始被往外推。太阳开始缓慢向外膨胀。
当氦球温度达到一亿度,氦聚变点火!氦变成碳并释放能量,由于此时的氦核心密度已经极其巨大,氦聚变将非常猛烈,失控的氦聚变将导致氦闪!释放的巨大能量使太阳核心大幅度向外膨胀!中心压力变小,然后密度变小,然后核心剩余的氦进行稳定的聚变。接着体积大幅度缩小,变得比原先要暗淡得多(但仍将比现在的太阳亮),直到核心的碳逐步累积,再次进入核心收缩、外层膨胀阶段。如此反复......太阳君就这样慢慢老去了......
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责任编辑:李阳阳
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