@ 2016.05.22 , 21:16
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[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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TOTAL COMMENTS: 45+1

  1. JLDY-knight
    @1 year ago
    3147898

    不管最后导致地球变冷还是变热,我们都要倒霉

    [70] XX [4] 回复 [0]
  2. 光囝
    @1 year ago
    3147899

    好可怕!要是木星撞太阳人类不就完了嘛!等等,好像哪里不对

    [22] XX [4] 回复 [0]
  3. noahlin
    @1 year ago
    3147900

    不对吧,传热的效率为什么会那么快,为什么不是太阳上面出现了一个木星大小的暗点?

    [50] XX [3] 回复 [0]
  4. 3147903

    我们不可能看到太阳的终结。。哪怕一眼啊。。。

  5. 3147909

    电工刘不是说金星坠入太阳扬起的太阳风暴会让地球减速并降低地球轨道最终地球也会坠入太阳。

  6. 3147911

    文中是一种极端情况, 想象一下另一种极端,木星质量是太阳千分之一,太阳降1度,木星就会升1000度。
    木星和太阳表面温度差五千多度,太阳降5度多,木星升到五千多,估计都没什么感觉。

    [6] XX [50] 回复 [0]
  7. 要叫节操叔
    @1 year ago
    3147915

    为什么有些科学家总在研究如何搞死地球或其他星球的方法?

    [39] XX [3] 回复 [0]
  8. 不喜欢吃鸭蛋
    @1 year ago
    3147919

    万能的quora抢了what if 的饭碗

    [39] XX [1] 回复 [0]
  9. 3147920

    尖号忘记写了 10^27 10^30

    [11] XX [0] 回复 [0]
  10. 拖鞋
    @1 year ago
    3147921

    现在好好学习也许不久的将来我就可以看懂这都是啥了

    [12] XX [0] 回复 [0]
  11. 3147930

    有个游戏叫做宇宙模拟
    只要你喜欢你可以用100个超新星对撞来看结果

  12. 3147933

    Universe Sandbox 应该是宇宙沙盒

  13. xpwinner
    @1 year ago
    3147948

    木星会垂直砸向太阳?
    我觉得木星会绕着太阳转,然后被太阳撕碎,慢慢给太阳添柴吧。。。

    [32] XX [1] 回复 [0]
  14. 3147953

    恒星的质量增大是会导致恒星的寿命缩短的,而不是增加

  15. 面神钦点先吃
    @1 year ago
    3147970

    @nox: 还有电离能呢?文中说了的,而且这一块才是温度下降的大头吧

  16. 神的波纹
    @1 year ago
    3147982

    效应123都看不懂,你们都是科学家么

  17. 3147988

    刚开始冷却15年 15年后 开始加热

  18. 转播负能量
    @1 year ago
    3147997

    这样的问题 ,除了 摆弄装逼点有知识 ,还有其他意义?

    [1] XX [13] 回复 [0]
  19. 哈佛教授
    @1 year ago
    3148001

    对天文不太感兴趣,没想到木星居然这么大

  20. 不是游客
    @1 year ago
    3148015

    卧槽 惊了

  21. 3148036

    突然想起来,龙珠Z的剧场版《最强对最强》,最后结局是悟空用龟波气功把古拉整个推到了太阳上。不知道实际情况下那样的能量波打到太阳上会如何。

  22. 3148039

    @nox: 不是孤立系统

  23. 死胖子
    @1 year ago
    3148117

    考虑到核聚变产生的辐射抵达光球层的速度,其实变暗这回事倒是不足为惧的,我倒是好奇有没有好事者做过关于这个过程对太阳内对流的影响以及附带对磁场的影响。毕竟一个瞄的准一点的CME就可以把人类轰回石器时代了~

  24. 流河旱树
    @1 year ago
    3148118

    黑暗之魂既视感……

  25. Spector
    @1 year ago
    3148137

    我认为木星在撞向太阳过程中先被加热,后被撕扯分解,由于是气态,所以途中还会像彗星一样损失质量

  26. 柳道道
    @1 year ago
    3148162

    会炸

  27. 汤圆
    @1 year ago
    3148163

    既然木星都进去了,土星,天王星和海王星也一起扔进去烧了吧。

  28. 月巳末
    @1 year ago
    3148170

    but how

  29. 深海守护者林彪
    @1 year ago
    3148172

    木星给太阳+1s

  30. 3148238

    问:咸鸡蛋还是普通鸡蛋砸头更疼?
    答:咸的蛋疼

  31. 神一样的亻
    @1 year ago
    3148241

    所以说,物理学家把妹的利器,就是每天跟妹子滔滔不绝地讲这些[quota]和[what if]

  32. 3148281

    太阳又不急着吃,为毛要全力加热-___-|||

  33. 金三胖胖三斤
    @1 year ago
    3148316

    竟敢撞太阳?犬决!
    [查看原图]

  34. 3148352

    @Spector: 过程不是太慢的话,加热估计很有限

  35. 地对地导弹
    @1 year ago
    3148374

    所以一次性倒足够多的汽油能把火苗浇灭吗。。

  36. 控控
    @1 year ago
    3148440

    算变暗的16年为什么没有把木星的机械能算进去(就算是轻轻放上去落到核心也得有相当大的重力势能了)

  37. 3148453

    于是暗物质其实只是很多恒星不小心把自己弄灭了?

  38. 3148584

    @kkk: 文中已经说了,木星的质量相对太阳来说还是太小,及时这部分质量进入了太阳,也不会引起太阳内部重力压的变化,核心聚变反应不会因此加快,所以不会产生寿命变短的问题。

  39. 3148652

    木星的质量有1/1000的太阳,质量不能忽略不计了,当然对太阳影响会很大。

  40. 称呼太长
    @1 year ago
    3148696

    先烤熟再冻僵是这么个意思吧?

  41. 郑医生
    @1 year ago
    3149237

    @nox: 温度和质量不是线性函数。最少还得加上比热容和体积

  42. nanerhebu
    @1 year ago
    3149422

    @noahlin: 因为光球层是等离子态,有强的对流

  43. 3150250

    @goph: 又黑我电工刘,吃我一记二向箔卷驴肉

  44. 3268952

    为什么没人提三体太阳系毁灭计划。hh

  45. 当去创意
    @9 months ago
    3340745

    乃们,都没看懂。这篇文章讲的是续命

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