無論以何種標準來衡量,太陽都是太陽系絕對的主宰,但究其根源在于它那超乎想象的巨大質量。太陽的質量宛如宇宙的基石,撐起了太陽系的架構,掌控著每一顆天體的命運,決定著這片星際空間的秩序。那么,太陽的質量究竟龐大的何種程度呢?本文為你揭開太陽巨大質量的神秘而震撼的面紗。
太陽和八大行星比較
先從質量說起,太陽的質量為1.989×10^30千克。面對如此龐大的數字,你也許根本無法理解它究竟大到了何種程度。不過我們可以把它跟太陽系其他天體比較一下。地球的質量為5.972×10^24千克,這也是一個我們難以想象的天文數字。太陽質量約為地球質量的 333000 倍,這么多地球并排,長度可至海王星軌道!要是將太陽看作是一頭5噸重的非洲象,同等比例下的地球就只有15克了,也就相當于一顆草莓的重量吧!如果將太陽和木星進行比較,太陽的質量仍舊是木星的1047倍。倘若太陽還是那頭5噸重的非洲象,那么木星也僅僅是一只4.8千克的兔子而已。
太陽和八大行星
木星是太陽系中最大的行星。它在太陽面前尚且如此渺小,更別提太陽系中的其他天體了。太陽的質量占到了太陽系總質量的99.86%。也就是說,太陽系中的行星、衛星、小行星、彗星等所有其他天體加起來也只占太陽系總質量的0.14%。假如太陽還是一頭5噸重非洲象,那么太陽系中其他天體的總質量僅有7千克,也就相當于一個中等個頭的西瓜吧!
太陽怎么會有如此巨大的重量呢?大約46億年前,太陽在一片巨大的星云氣體和塵埃中形成。它吸收了幾十億公里之內幾乎所有的物質,最終聚集了太陽系99.86%的質量。而我們賴以生存的地球和其他大行星只不過是太陽的強大引力在完成清理工作后遺漏下的塵埃而已。我們竟然生活在宇宙中的一粒塵埃之上。倘若,太陽在形成之初“打掃”的再徹底一點,也許就不會有我們什么事了吧?真的是細思極恐啊!
太陽的誕生
太陽如此驚人的質量,究竟是由哪些物質組成的呢?通過對太陽光譜的分析,科學家知道了太陽的構成元素。太陽主要是由氫元素和氦元素組成。氫元素獨占鰲頭,在太陽總質量中占比高達 71%,氦元素緊隨其后,占 27.1%,二者攜手占據了太陽質量的 98.1%。剩余的氧、碳、硅、氮、鎂、氖、硫、鐵等元素,雖說僅占太陽總質量的 1.9%,堪稱微量元素,但千萬別小瞧它們。這些元素極小的占比在乘以太陽的巨大質量后也是一個相當恐怖的存在啊!就拿鐵元素來說,雖在太陽上的占比只有0.014%,可乘以太陽的巨大質量后竟然高達2.78×10^26千克。這可比地球的質量還大46.6倍!如果我們將太陽上的鐵元素全部取出來并形成一個星球,不考慮重力的影響,那么這個巨大的“鐵質星球”的半徑將會達到2萬公里,是地球半徑的3倍多,足見太陽質量的磅礴。
太陽光譜
太陽巨大的質量大多集中在了它的核心處。從太陽中心到太陽半徑的約四分之一處便是太陽的核心區。這里的壓強達到了地球表面大氣壓的2600億倍,溫度超過了1500萬攝氏度,是太陽“核電站”所在地,太陽能量的發源地。跟整個太陽相比,太陽的內核不大,體積大約只有太陽的2%,但也能裝下26000個地球。太陽內核的質量占到了太陽總質量的一半。這里的核物質被壓縮得異常緊密,密度是金屬鉛的150倍,即1701克/厘米3。
太陽的內核
在太陽的內核處每秒鐘都有6億噸的氫元素通過核聚變反應產生5.96億噸的氦元素。損失掉的400萬噸質量則轉化為了能量。太陽每秒鐘釋放出的能量相當于在1秒鐘內同時爆炸910億枚百萬噸當量的氫彈。科學家計算,從太陽誕生之日算起,它已經損失掉了100個地球的質量。但這對太陽來講簡直就是九牛一毛,根本不值得一提。它還會以這樣的速度穩定的在燃燒50億年!
宇宙飛船要想擺脫地球的引力飛到火星或者其他行星上其最小速度就要達到11.2公里/秒。這個速度就是地球的逃逸速度。逃逸速度是一個物體擺脫天體引力束縛所需要的最小速度。一個天體的質量越大,它所產生的引力就越強。物體要擺脫它的引力束縛所需要的最小速度就越大。
太陽
了解了逃逸速度的基本概念,那么太陽的逃逸速度是多少呢?太陽的逃逸速度是617.7公里/秒。這也就意味著,假如有一艘宇宙飛船從太陽的表面發射,飛往太陽系的其他星球上需要的最小速度為617.7公里/秒。這個速度是地球逃逸速度的55倍多。
不僅如此,跟太陽質量有關的另外一個數據指標也是非常恐怖的!這便是太陽的表面重力加速度。表面重力加速度是指一個物體在星球表面所受到的重力產生的加速度。它反映了該星球表面重力場的強弱程度。太陽的表面重力加速度達到了驚人的273米/秒2。相比之下,地球的表面重力加速度為9.8米/秒2,也就是我們常說的1G的加速度。太陽的表面重力加速度約為地球的28倍,也就是28G的加速度。
被重力壓扁
在航天領域,火箭發射時航天員會承受較大的加速度。當加速度達到3~4G時,航天員就會感覺身體沉重,呼吸和行動都變得很困難。在極限情況下,人體能夠承受高達9~10G的加速度,不過這通常只能維持幾秒鐘的時間。可是在太陽上表面,加速度達到了28G,幾乎是人體所能承受極限的3倍了。這可是相當可怕的啊!不妨再舉一個例子:一個60千克的人在地球上所收到的重力是588牛頓。這是他習慣的身體“負重”。可是到了太陽上面,他所承受的重力就變成了16380牛頓。這可相當于他在地球上的體重變成1671千克時所承受的重力!在太陽表面上的他瞬間感覺壓力山大啊!而這一切都源于太陽巨大質量衍生出的超強引力。
從上面幾個方面的介紹中,我們了解到了太陽那令人震撼的巨大質量。那么,科學家是如何知道太陽的質量的呢?原來,他們巧妙地運用了牛頓萬有引力定律,通過觀測行星的運動軌跡計算出了太陽的質量。究竟是如何計算出來的呢?就是下面這個公式。
計算太陽質量的公式
通過這個公式我們發現,只要知道了行星的公轉周期和軌道半徑就能計算出太陽的質量了。舉個例子吧!隨便哪一顆行星都可以,就以木星為例吧!木星的公轉周期約為11.86年(計算時應換算為秒),木星的軌道半徑約為7.78×10^11米,結合萬有引力常數,代入公式就可以計算出太陽的質量了。
計算太陽質量所需要的數據科學家早已經給我們測量好了。我們只管拿來用就可以了。可是歷史上科學家要測量這些數據可是大費周折的。單單到得到太陽離我們有多遠(地球軌道半徑)的精確數值,科學家們就用了將近300年的時間。而當科學家們精確的測量出地球軌道半徑精確數值時,太陽的質量有多重的問題也就迎刃而解了。
太陽系
總之,太陽以其超乎想象的質量,成為了太陽系的絕對統治者。太陽系中的其他天體在太陽面前如同塵埃一般,顯得是那么的渺小啊!
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