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太阳寿命有100亿年,比邻星能燃烧12000亿年,科学家是怎么知道的

2024-07-21科学

俗话说万物生长靠太阳,我们人类能在地球上繁衍,可以说与太阳息息相关,因此太阳的状态变化,对于人类而言有直接的影响。幸运的是,科学家通过计算得出,太阳总共有100亿年的寿命,而且目前太阳处于壮年期,因此人类暂可安心。

不过,科学家是怎么知道太阳寿数的呢?这不禁让人联想到一些算命先生,掐指一算声称可以推算你的寿命长短一样荒诞。但是,这两者之间却不可相提并论,正如牛顿曾经感叹的那样,人的复杂性比天体的轨道运动更难预测。

而对于太阳的寿命,其实计算方法并不难,只需得到其辐射的总能量以及每秒辐射能量数值,然后二者相除,就能够得出结论了。

总能量计算方法是根据质能方程,E=mc²,其中m值取太阳质量,关于太阳质量,将万有引力以及地球公转向心力这两个公式相等,然后约掉地球质量就能够得到太阳质量1.989×10^30千克了,这里就不详细说明了。

因此,总能量就是太阳质量乘以光速的平方,为1.26×10^45J。而每秒辐射能量即光度,科学家也是利用太阳常数以及日地平均距离等参数计算得出为3.85×10^26W。得到了这两个数值之后,就可以将二者相除,结果为1000亿年。

不过,计算到这里还没结束,因为通常恒星的核聚变值发生在内部,其他区域无法达到这样的环境条件,这表示恒星从诞生到死亡不能够将自身完全烧完,大约仅有十分之一的氢元素加入到聚变之中,所以1000亿年还要在乘以十分之一,最终数值就是100亿年。

计算出太阳寿命也让科学家更容易计算其他恒星寿命,方法为恒星质量倍数除以其光度倍数,然后在乘以100亿年。例如,离我们最近的恒星比邻星,质量为太阳的12%,光度为太阳的0.01%,因此计算可得比邻星能燃烧12000亿年。

通过这里我们也可以看到,恒星的质量越小,其寿命就越长,如今太阳虽然处于壮年期,理论上尚且还有50亿年的寿命,但我们人类并不能太乐观。

因为在太阳向红巨星演化之前,根本不用几十亿年,几亿年之后,随着其辐射量上升,全地球就会变成一个大蒸笼,海洋也会成为陆地,连细菌也难以生存,约10亿年后地球基本上和现在的金星差不多了,所有的一切被太阳烤干,再往后太阳到了衰亡的老年期,会变成红巨星,地球会被太阳吞噬。

因此,未来人类想要继续生存下去,如果科技树点的足够高,最好的办法之一就是把太阳质量缩小至十分之一,这样其寿命就会增加100倍,最少也要把质量削减到现在的一半,以变成红矮星,关于能量问题,可以做一个估算,为了让太阳表面的物质飞向宇宙空间,需要把其加速到太阳表面的逃逸速度,620km/h。

按照动能计算,即每发射出去1kg质量,需要15kJ能量。按照质能方程,产生15kJ能量,需要0.2mg的物质发生在聚变反应中被消耗。要把太阳变成现在质量的10%,只需要消耗百万分之1.8的质量即可。即使不用太阳的质能,只利用太阳系剩下的0.2%,理论上也是够用的。

不过还要考虑太阳引力减小的问题,此时所有行星轨道都会往外发散,所以还要把地球向里推移,并减小地球公转速度,此外,由于太阳变成红矮星,其外层黑子活动频繁,辐射能量或降至平常一半以下,或在短时间内喷发热焰,把地球一面煎焦,因此人类还是只能生活在地下。

总的来说,未来,可以冲出太阳系,寻找到一颗适宜生存的星球殖民的话还是最好,反之如果人类最终没法冲出太阳系,那最终的结局就是被太阳烤死或生活在黑暗之中。