《流离地球》中的科学秘密:太阳何时吞并地球?|360旅游

日期: 2019-09-24 阅读: 82457
  履历了漫长的时光后,太阳终于走到了生命的止境。它的光线最先增强,体积最先膨胀,外貌逐渐靠近原本距离太阳外貌1亿5万万公里的地球轨道,并将它吞没。这恐怖的场景并非杞人忧天的妄想,也不是科幻小说为了故事情节而编造的桥段,而是凭据我们所熟悉的物理纪律和观察到的漫天星辰所获得的严谨的科学结论。在未来某天,这件事确定会发生。

  那么,我们是不是该准备跑路,准备“流离地球”了?不,请先等等。现在就流离,未免有点早。

  太阳发生能量的方式

  1945年,美国相继向日本投下了两颗原子弹,美国白宫在事后揭晓的声明中说,原子弹将“太阳释放能量的气力降临到把战争带给远东的人”。
从科学上讲,这句话存在些许误差。和原子弹一样,太阳释放能量依赖的也是核反映。然而,原子弹使用的是重元素的核裂变,既一个分子量较高的元素通过链式反映,裂酿成分子量较小的元素。说简朴一些,就是一个大原子核裂酿成几个小原子核。而太阳则走了一条偏向相反的手艺门路。太阳使用核聚变,将分子量为1的氢原子核(实质上就是一个质子),经由3步中心历程,聚酿成分子量为4的氦原子核。无论是核裂变的大核变小核,照旧核聚变的小核变大核,物质在核反映后的总质量均小于核反映之前,而损失的质量则转化成了原子弹爆炸或者太阳发光发烧的能量,其基本原理可以用我们耳熟能详的爱因斯坦质能方程E=mc^2来形貌。

  氢弹则使用了和太阳相同的核聚变原理,能够发生更大的爆炸威力。氢弹一旦投放出去,就会在短时间内将自己的能量所有释放出来,是一种不行控的核聚变装置。为了使用这种效率极高又清洁无污染的能量发生方式服务我们的生产与生涯,科学家们一直致力于可控核聚变装置的研究,使核聚变一段时间内连续稳固的向外输出能量。

  控制太阳的气力来自哪?

  那么,控制太阳稳定成一颗氢弹气力来自于哪呢?实在,这种气力就是我们最熟悉的重力,让牛顿的苹果落到地面的重力。

  从感受上,司空见惯的重力似乎很难和毁天灭地的核反映相匹敌。但量变会引起质变,聚合成质量相当于33万个地球的太阳的物质所发生的重力,已经足以控制住核反映。事实上,可以说是重力与核反映之间的相互作用主宰了太阳的生命印记。

  当太阳已经是一颗成熟的恒星后,核反映的速率与恒星物质的重力到达了一种简练又精巧的平衡。若是太阳从平衡态向外膨胀,中央受到的挤压减小,核反映的速率将会降低,发生的能量将会淘汰,恒星中央的温度将会降低。这样,恒星中央向外膨胀的力无法支持恒星向中央缩短的重力,膨胀历程无法连续。反过来说,若是太阳向中心缩短,将会使核反映加速,发生更大的向外膨胀的力,缩短历程同样无法连续。总之,一旦步入壮年,太阳想向外扩张时后劲不足,想向里缩短时又会受到很大的抵触,因此只能稳固在一个相对牢固的个头上。

  这种精巧的平衡并非我们太阳的专利,而是放之宇宙而皆准的一个基本原理。科学家们通过恒久的观察积累后,发现处于壮年的恒星险些都处在这样一种稳固的状态中。科学家们把处于这些状态的恒星称之为“主序恒星”。对于这些恒星来说,确切的平衡点位置与恒星的总质量有关。质量较大的恒星,平衡状态下的核反映速率要高于质量较小的恒星。

  太阳的终结与地球的流离

  犹如人有生老病死一样,这种平衡并不能天长地久,总有终结的一天。与人从朽迈走向殒命的历程所差别的是,太阳生命终结的历程是富厚的、绚烂的、猛烈的,在履历一系列膨胀、爆炸与脉动后,最终归于寂静。

  而在这一切最先之前,人类就得想措施赶快最先上路,成为“流离地球”了。由于太阳这个天空中的大炉子,随着时间的增加会越烧越旺。当煤炉中的煤燃尽时,我们会想措施将灰烬请出再加入新煤保持炉火继续燃烧。然而,对于太阳这样的恒星,没有外部的气力为它完成这个历程。核反映消耗氢、形成氦,而发生的氦就聚集在恒星内部。由于氦的分子数要大于氢,因此恒星内部的密度将会随着恒星年事的增添而增大,内部核反映的速率也会逐渐增添。

  研究盘算讲明,现在太阳的核反映速率或许比太阳刚成为主序恒星时大30%,而在55亿年后(这个数字详细多大差别学者可能会有差别的结论,但总体上都是几十亿年的数目级),不停加速的太阳核反映速率使恰当时太阳辐射出的能量约已经是现在的2倍。

  在云云猛烈的辐射照耀下,地球外貌的温度将凌驾300多摄氏度,海洋和湖泊中的液态水早已被汽化。以我们现在的熟悉,在这种情况下包罗人类在内的生物体都是无法生活的。除非其时的人们研发出了能够遮挡太阳猛烈辐射的装置,否则就不得不踏上流离之旅了。
此时,虽然地球已经成为一个无法为人类生活的天下,但此时的太阳还仍然处于主序恒星状态。
1、红巨星
而再往后,太阳中央区的氢燃烧殆尽,制止了氢聚酿成氦的热核反映,酿成了一个氦核。由于没有的核反映反抗重力,恒星中央四周的物质最先向焦点挤压,不停增高焦点的温度。距离焦点较远的一些残存的氢在焦点释放的高温作用下被点燃,驱动的太阳的外层不停向外膨胀,相继吞并水星与金星的轨道,并有可能吞没地球的轨道。此时的太阳已经退出了主序恒星的队伍,酿成了一颗红巨星。
2、脉动变星
接着,太阳进入了“内外两着花”的状态。除了外部的氢壳继续发生核聚变反映外,内核残存的氦在不停增大的温度作用下被“点燃”,发生了由氦剧酿成碳的核反映。在数分钟的时间内,相当于太阳质量40%的氦被猛烈的“燃烧”成碳,释放的能量大致相当于太阳在当前状态下连续数百万年所释放的能量。这种征象被科学家们称之为“氦闪”。之后,太阳在继续燃烧氦的同时,自身已经无法回到平衡的状态,不停的举行膨胀与缩短的交替,称为一颗脉动变星。
当氦也再次燃尽时,太阳的生命也就走到了止境。太阳焦点的物质将塌缩成一颗密度极高的白矮星,而外层物质则会向扩张,形成行星状星云。白矮星的密度极高,一立方厘米的白矮星的质就足够有一吨了。
3、地球的运气
那么地球的运气会怎么样呢?在红巨星的演化历程中,吞并地球的轨道是或许率事务。之前有学者以为,由于太阳释放的能量都是质量转化来的,由于太阳总质量会随着核反映的举行而淘汰,地球受到的引力会响应的减小,地球会自觉的向远离太阳的偏向运动。然而,2008年揭晓在《皇家天文学会月刊》的一项研究却发现潮汐力会迟滞地球远离太阳的脚步,否认了地球这样逃出升天的可能。不外,正如前文所述,在太阳酿成红巨星之前,地球就已经被烤成了一片不毛之地。若是坐等大自然的气力拯救我们,生怕已经来不及了。 据科普中国

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文:丁沈安邓
编辑:邓通密徒????

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