@ 2016.05.22 , 21:16

[Quora]如果木星撞太阳会怎样?

如果木星撞太阳会怎样?

回答:太阳将会熄灭很长一段时间的巨大灾难

虽然难以置信但接下来会有很多天文数字和出乎意料的事情。就像其他很多天体物理的问题一样,这个问题的答案是有悖于直觉的,好比你往火上浇油却把火浇灭了一样。

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请见上图。太阳旁边的那个小球就是等比例的木星。很难想象只有太阳直径10%,千分之一质量的木星能对太阳有任何冷却效果。这就好像苍蝇落到了大象身上一样。可木星90%的质量都是氢气啊,这不就是太阳的燃料么?但是在现实中,如果木星落到了太阳里面,它将会夺取大量热量。假设木星是下落的过程是缓慢的,由计算可得:

木星质量:1.989*1027千克
太阳质量:1.989*1030千克
木星平均温度:128 K
太阳平均温度:5778 K

虽然木星质量的10%是氦气,出于简化考虑,我们假设木星的全部都是氢气。这是保守的估计因为氦气的冷却效应更强。

效应1:热容式冷却效应

下图为氢气在100 K至6000 K范围内的比热容

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由图可得,将1千克氢气加热至太阳平均表面温度需要17KJ/Kg-K的能量。我们可以计算将木星加热至5778 K 所需的总能量为 1.91*1035 焦耳。这是非常巨大的能量需求!可太阳总功率只有3.85*1026 瓦特。所以加热时间需要15.8年。

这就意味着当木星落入太阳以后,太阳将会变暗至少16年并将能量用于重新加热的过程。如果你觉得这就很糟糕了,还有比这糟糕15倍的消息。

效应2:电离效应

太阳不只是一团氢气和氦气燃烧的大火球。其实太阳内部充满了电离气体。太阳里所有氢原子都是电离了的。电离一个氢原子需要13.6 eV或者2.18*10-18焦耳的能量。木星里的氢气出于非电离状态。所以太阳的能量不仅需要用在加热而且还需要将新加入的气体电离以便产生核反应。氦气需要比氢气更多的能量才能电离,所有我们才说假设木星全是氢气是对能量需求的保守估计。木星里面有1.20*1054个原子,全部电离所需能量为2.61*1036焦耳,那么太阳以全功率加热所需时间214.9年。

所以太阳表面将会多变暗215年的时间。太阳核心的核聚变将会继续进行并产生能量,只不过这些能量将全部用于加热和电离这些低温气体,这一过程至少要持续231年太阳才能恢复正常亮度。

在现实中,由于热交换速度的限制,这一过程会更加漫长。太阳变暗的程度会小一些,但变暗的时间会延长。比方说以50%的亮度持续462年。无论何种情况,这对地球都是一场灾难。我们的太阳作为一个主序星,400多年的时间对于它45亿年的岁数和95亿年的寿命来说,是可以忽略不计的。可是对于太阳系内尤其是地球上的生物,是灭世级的灾难。可能只有少部分在大洋底部,靠近地热源的生物能够存活下来。

效应3:动能效应

题主并没有给出木星和太阳是以何种形式相撞的。只要有足够的动能,木星将会一直在目前的轨道绕太阳公转。如果要让木星撞太阳,要么以某种形式消耗木星的动能或者改变它的轨道。如果只是改变了它的轨道的话,那么它所携带的动能可以缩短太阳加热的时间。

木星的质量为1.989*1027千克,平均轨道速度为13.1千米/秒,那么木星的轨道动能为1.71*1035焦耳。所以它自身的动能将足以满足气体升温所需的能量,但由于电离还需要大量能量,所以太阳仍然会变暗至少216.6年。

另外一种情况是快速下降。假设我们不是慢慢的将木星落入太阳,而是让木星的公转速度降为零,然后让它自由落体坠入太阳。这样木星在下落加速的过程中,可以将其重力势能转换为动能。

在引力场中势能等于 -GMsMj/d ,d为木日之间的距离。木星的总能量,就是其动能和势能的和是恒定的。取木星轨道半径d和太阳半径Rs之差,我们可以得出木星的末速度:

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太阳和木星表面逃逸速度分别为617.3千米和18.5千米
木星在太阳表面末速度为617千米
木星的动能为3.38*1038焦耳

可见撞击能量是巨大的,等于太阳31000年的输出。由于撞击造成的日冕物质大量抛射,这甚至可以造成太阳爆炸的感觉。强烈的太阳风暴对于我们同样也是致命的。另外还有一个有趣的现象是,由于木星质量是巨大的,足以使太阳产生偏移。它们在下落过程中会相互吸引朝一个重心移动,最后太阳将会偏移1百万千米左右。

最后一点是木星的氢气能产生多少作用?几乎可以忽略不计。因为木星只有太阳质量的千分之一,所以新增加的这部分质量对于提高重力压的效果基本为零,除非木星有2到3 倍的太阳质量,否则核心的聚变速度不会有变化。当然由于木星的加入,太阳寿命可以延长1000万年左右,不过可惜我们活不到那个时候了!

本文译自 quora,由译者 Edmundlyy 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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