當前位置: 華文世界 > 科學

史蒂文森218能裝下1億億個地球,假如地球也有這麽大會怎麽樣?

2024-08-06科學

太陽的體積約為地球的130萬倍,於人類來說,太陽堪稱巨型天體。但在宇宙諸多恒星裏,太陽實則不算大,和已知的最大恒星「史蒂文森 2 - 18」相較,太陽可謂渺小至極。

史蒂文森 2 - 18 乃「紅特超巨星」,處於天空中的盾牌座,與我們相距約 2 萬光年。據觀測數據表明,此星球半徑約 15 億公裏,約為太陽半徑的 2158 倍,故而,其體積約為太陽的 100 億倍,是地球的 1.3 億億倍。

即便把「球體堆積」問題列入考量,史蒂文森 2 - 18 亦可輕易容納 1 億億個地球。此時,問題浮現:倘若地球如此龐大,那將會如何?

倘若地球果真如此龐大,其表面積將達 2826 億億平方公裏。若依據當下地球上的人類數量進行計算,那麽人均可分得 40 億平方公裏。然而,實際情況是地球的表面積僅為 5.1 億平方公裏,這意味著,平均每人所能分到的面積約為「現實地球」的 8 倍。

通常情況下,我們所搭乘的客機,其飛行時速一般為 900 公裏每小時。以此速度,環繞這個「巨型地球」一圈,大約需 1195 年。即便以光速行進,也大概需要 8.73 小時。

誠然,這般「巨型地球」著實令人神往不已,但其僅能存於我們的構想之內,畢竟宇宙中決然不會有如此龐大的巖石行星,即便地球驟然如史蒂文森 2 - 18 般巨大,其亦無法維持穩定狀態。

實質上,宇宙中的諸多星球均為大量物質受重力影響凝聚而成的天體。重力一方面使構成星球的物質得以維系,不至於離散,另一方面也致使星球本身存在向內塌縮的趨向。故而,星球內部需有力量來對抗自身重力,不然,星球就會出現重力塌縮現象。

對於巖石行星如地球而言,抵禦重力塌縮的力量為物質間的電磁力。然而,天體質素越大,其重力便越強。一旦天體質素達到或超過太陽質素的約 8%,物質間的電磁力便難以抗衡重力。

若缺乏足夠強勁的力量予以支撐,天體便會出現重力塌縮現象,其體積會持續縮減,進而致使天體內部的溫度與壓強急速升高,一旦達到特定程度,部份相對較輕的元素將會產生核聚變。

在宇宙的諸多元素裏,氫元素核聚變的條件最為寬松,並且,氫元素的豐度極高,其質素約占可觀測宇宙的 73.9%。

故而,當宇宙中的物質借由重力匯聚形成一個質素頗大的天體時,往往會富含大量氫元素,在此種情形下,氫的核聚變便會率先被「觸發」。

核聚變所產生的能量會造就一種向外的「輻射壓力」,此壓力能夠抵禦由重力導致的塌縮。一旦「輻射壓力」與重力實作平衡,天體便會穩固地釋放光和熱,這類天體實則為宇宙中頗為常見的恒星。

此「巨型地球」的質素顯然極大程度地超出了電磁力可支撐的範疇,進而會引發重力塌縮現象。

然而,地球上氫元素的豐度頗為低下,其質素約為地球質素的 0.14%。此般狀況的緣由在於地球重力難以對氫氣形成有效束縛。這表明,「巨型地球」缺乏足量氫元素用以進行核聚變,那麽是否存在其他可發生核聚變的元素呢?我們繼續探討。

據科學家估算,就整個地球而言(需註意是「整個地球」,非地殼),豐度位列前五的元素依次為鐵、氧、矽、鎂、硫,其質素占地球質素的比例分別約為32.1%、30.1%、15.1%、13.9%、2.9%。

眾所周知,鐵元素被譽為恒星核聚變的「終點」,緣由在於鐵及比鐵更重的元素,其核聚變非但不會釋放能量,還會吸收能量,故而豐度居首的鐵元素無法為「巨型地球」給予抵禦重力塌縮的能量。

理論上,輕於鐵的元素均可經由核聚變釋放能量。然而,地球上多數鐵元素本就處於其核心部位。再者,「巨型地球」在重力塌縮時,其自身物質的重力勢能會以熱能形式釋放,致使整個星球迅速進入熔融狀態。

在此種情形下,「巨型地球」的物質會產生「重力分異」現象,也就是相對沈重的元素「下潛」,相對輕盈的元素「上浮」。在構成地球的主要元素裏,鐵元素較為沈重,因而它們會快速「沈降」至星球的核心處。

也就是說,在重力塌縮持續進行的情況下,「巨型地球」中絕大部份的鐵將匯聚於其核心部位。

應當明確,當一天體的質素抵達某一極限值時,倘若其核心不存在由核聚變反應形成的「輻射壓力」,則任何力量與能量均無法抵禦重力塌縮,在此情形下,該天體將塌縮為一個黑洞。此極限值亦被稱作「歐本海默極限」,通常認為是太陽質素的 3.2 倍。

太陽質素約為地球的33萬倍,史蒂文森2 - 18可容納1億億個地球。地球質素的32.1%為鐵。無需精細運算便可明晰,倘若地球如史蒂文森2 - 18般大小,其鐵質核心將大幅超越「歐本海默極限」,且因內部不會形成「輻射壓力」,該鐵質核心勢必會無可避免地塌縮為黑洞。

黑洞作為宇宙中重力最為強勁的天體,能夠將其周邊的一切物質予以吞噬。由此可以想見,當一個黑洞現身於這個「巨型地球」的內部時,該星球外層的物質會被此黑洞完全吞噬,這顆星球終將轉變為一個質素極大的黑洞。