這是個有趣的問題,也是個枯燥的問題,如果沒有科學興趣或科普情結的朋友,對諸如此類問題不會感興趣。回答這種問題,我知道看的人很少,但作為科普作者,尤其是偏向天文的科普作者,見到如此問題就忍不住還是說一下。
物體引力大小遵循牛頓萬有引力公式:F=GMm/r^2,其中F為引力大小,單位為N(牛頓);G為引力常數,約等于6.61*10^-11N/m^2/kg^2;M和m為引力相互作用的大小質量物體,單位kg(公斤);r為太陽與地球之間的平均距離,單位m(米),約為1.496*10^11m(一個天文單位)。
這個公式所包含的意義是:萬有引力大小是與物體的質量和相互作用的距離密切相關的。就是說引力大小與物體質量成正比,與作用雙方物體的距離平方成反比,物體的質量越大引力就越大,相互作用物體雙方距離越遠,引力就會呈數量級衰減。
有了這個公式,我們就可以計算出天體之間的引力和天體本身的重力了。
現在我們來看看太陽相對地球的引力有多大:
太陽質量約為1.989*10^30kg,地球質量約為5.972*10^24kg。根據萬有引力公式,可以計算出太陽與地球之間的引力約為3.542×10^22N(牛頓)。
天體表面引力表現為重力,計算公式為g=GM/R^2。這里的g為重力加速度,單位m/s^2(米/平方秒);G還是引力常數,數值同上;R為天體半徑,單位m。
太陽半徑約為696300000m,根據這個公式,可以計算出太陽表面重力加速度g約為275m/s^2,地球表面重力加速度為9.8m/s^2,太陽表面重力加速度是地球約28倍。
現在我們來了解一下太陽每天損失的質量。
所有恒星都主要由氫和氦等化學元素組成,其中氫和氦是最主要元素,占據了所有恒星98%以上的質量。太陽的元素比例按質量計算:氫約占71%,氦約占27%,其他各種元素加起來不到2%。恒星在主序星階段,就是穩定燃燒階段,都是由于核心在高溫高壓條件下,持續不斷的發生著氫核聚變,由此產生巨大的能量輻射,維持著恒星的穩定。
太陽核心溫度約1500萬攝氏度,壓力約3000億個大氣壓。在這種條件下,氫原子外層電子被剝離,暴露出原子核,原子核與原子核被壓縮擠到了一起而發生融合,這就是氫核聚變。簡單地說,就是由4個氫原子聚合成一個氦原子。
在氫核聚變過程中,約有0.7%的質量虧損,這些質量就轉化為能量輻射,讓恒星在輻射壓的抵御下,維持住整個星球巨大質量向內收縮的壓力,保持著平衡,并且源源不斷的向太空輻射出光和熱等能量。
科學家們根據監測到的太陽輻射總能量,測算出太陽每秒鐘約有6.2億噸的氫,通過核聚變轉化為約6.157億噸的氦,其中有約430萬噸的質量虧損,轉化為能量輻射。根據愛因斯坦質能轉換公式E=mc^2,即能量等于質量乘以光速平方計算,太陽每秒鐘輻射出來的能量約為3.9*10^26J/s(焦耳/秒或瓦)。
那么根據太陽每秒質量消耗量,每天86400秒輻射出去的能量,就減少了太陽約3715億噸的質量。由于引力大小是與質量成正比的,因此質量減少,引力就相應減小。根據引力公式測算,每天太陽因質量減少的引力減少非常小,只相當現有引力的百億億分之一。
但每天持續消耗累積起來會不會對太陽引力造成巨大影響呢?
科學預測,太陽這種質量的恒星壽命約為100億年,現在太陽年齡已經約50億歲了,還有50億年就會壽終正寢。根據目前核聚變的質量損失計算,50億年后太陽總質量約減少6.8*10^26kg,差不多有114個地球質量。這個質量對于人類來說,看起來還是蠻嚇人的,但相對太陽總質量1.989*10^30kg來說,只占約0.034%。
也就是說,50億年后,太陽的質量將比現在減少0.034%。根據引力公式測算,50億年后減少質量后的太陽引力大小為:與地球相互作用的引力約為3.51*10^22N,表面重力加速度約為271m/s^2。這樣太陽因減少質量導致的引力損失約為1%,表面重力加速度損失約為現在的1.5%。
這種衰減可能會對地球軌道和公轉周期有較輕微影響,但相比太陽晚期演化災難來說,完全可以忽略不計。
太陽演化晚期,會變成一顆紅巨星,直徑將在現在基礎上擴大200倍左右,也就是膨脹到地球軌道附近,地球很可能會被烈焰吞噬或烤焦。隨著太陽膨脹得越來越大,外圍氣體將漸漸飄散到太空中,最終在核心留下一顆致密得白矮星。
這時太陽的質量損失可達40%左右,各大行星如果還能夠僥幸存在的話,已經漂流到更遠的軌道,甚至稱為流浪行星了,飄蕩在接近絕對零度的黑暗深空了。
因此,到了太陽演化末期,所謂因燃燒質量減少的引力損失可以完全忽略,終極災難才是令人可怕的。不過那時的地球早就沒有人類和任何生命了,人類如果僥幸沒有滅絕,早就實現星際移民了。對此,你怎么看,歡迎討論。
時空通訊原創文章,其尊重作者版權,感謝閱讀。
特別聲明:以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發布,本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.