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太陽壽命有100億年,比鄰星能燃燒12000億年,科學家是怎麽知道的

2024-07-21科學

俗話說萬物生長靠太陽,我們人類能在地球上繁衍,可以說與太陽息息相關,因此太陽的狀態變化,對於人類而言有直接的影響。幸運的是,科學家透過計算得出,太陽總共有100億年的壽命,而且目前太陽處於壯年期,因此人類暫可安心。

不過,科學家是怎麽知道太陽壽數的呢?這不禁讓人聯想到一些算命先生,掐指一算聲稱可以推算你的壽命長短一樣荒誕。但是,這兩者之間卻不可相提並論,正如牛頓曾經感嘆的那樣,人的復雜性比天體的軌域運動更難預測。

而對於太陽的壽命,其實計算方法並不難,只需得到其輻射的總能量以及每秒輻射能量數值,然後二者相除,就能夠得出結論了。

總能量計算方法是根據質能方程式,E=mc²,其中m值取太陽質素,關於太陽質素,將萬有重力以及地球公轉向心力這兩個公式相等,然後約掉地球質素就能夠得到太陽質素1.989×10^30千克了,這裏就不詳細說明了。

因此,總能量就是太陽質素乘以光速的平方,為1.26×10^45J。而每秒輻射能量即光度,科學家也是利用太陽常數以及日地平均距離等參數計算得出為3.85×10^26W。得到了這兩個數值之後,就可以將二者相除,結果為1000億年。

不過,計算到這裏還沒結束,因為通常恒星的核聚變值發生在內部,其他區域無法達到這樣的環境條件,這表示恒星從誕生到死亡不能夠將自身完全燒完,大約僅有十分之一的氫元素加入到聚變之中,所以1000億年還要在乘以十分之一,最終數值就是100億年。

計算出太陽壽命也讓科學家更容易計算其他恒星壽命,方法為恒星質素倍數除以其光度倍數,然後在乘以100億年。例如,離我們最近的恒星比鄰星,質素為太陽的12%,光度為太陽的0.01%,因此計算可得比鄰星能燃燒12000億年。

透過這裏我們也可以看到,恒星的質素越小,其壽命就越長,如今太陽雖然處於壯年期,理論上尚且還有50億年的壽命,但我們人類並不能太樂觀。

因為在太陽向紅巨星演化之前,根本不用幾十億年,幾億年之後,隨著其輻射量上升,全地球就會變成一個大蒸籠,海洋也會成為陸地,連細菌也難以生存,約10億年後地球基本上和現在的金星差不多了,所有的一切被太陽烤幹,再往後太陽到了衰亡的老年期,會變成紅巨星,地球會被太陽吞噬。

因此,未來人類想要繼續生存下去,如果科技樹點的足夠高,最好的辦法之一就是把太陽質素縮小至十分之一,這樣其壽命就會增加100倍,最少也要把質素削減到現在的一半,以變成紅矮星,關於能量問題,可以做一個估算,為了讓太陽表面的物質飛向宇宙空間,需要把其加速到太陽表面的逃逸速度,620km/h。

按照動能計算,即每發射出去1kg質素,需要15kJ能量。按照質能方程式,產生15kJ能量,需要0.2mg的物質發生在聚變反應中被消耗。要把太陽變成現在質素的10%,只需要消耗百萬分之1.8的質素即可。即使不用太陽的質能,只利用太陽系剩下的0.2%,理論上也是夠用的。

不過還要考慮太陽重力減小的問題,此時所有行星軌域都會往外發散,所以還要把地球向裏推移,並減小地球公轉速度,此外,由於太陽變成紅矮星,其外層黑子活動頻繁,輻射能量或降至平常一半以下,或在短時間內噴發熱焰,把地球一面煎焦,因此人類還是只能生活在地下。

總的來說,未來,可以沖出太陽系,尋找到一顆適宜生存的星球殖民的話還是最好,反之如果人類最終沒法沖出太陽系,那最終的結局就是被太陽烤死或生活在黑暗之中。