太阳有多少重,一个太阳有多少个地球重
太阳有内核吗?太阳上的重元素去哪了?
太阳当然有内核了,但是理论推测的太阳内核不是而是轻元素,是小核,因为太阳中心是核聚变发生的位置,是整个太阳的能量来源在太阳核心位置发生轻核聚变,从氢原子(H)到相对比较轻的原子氦(He)等等。太阳是一个青壮年时期的恒星,内部在发生活跃的聚变,所以整个太阳是以轻元素为主的,这里有一个表格,讲太阳上的各个元素组分:氢占据91%,氢和氦占据99%,有极少量的重元素。
太阳中的氢含量有多少吨?为什么有那么多?
我们先来做一题计算题。由于行星绕着太阳公转,万有引力提供公转所需的向心力,因此,GMm/r^2=mrω^2=mr4π^2/T^2 =mv^2/r都成立。显然,解方程时,行星质量m约去了。解得太阳质量M=4π^2r^3/(GT^2)=v^2R/G,大约为1.989×10^30 千克,为计算方便 ,取M=2.0×10^30 千克=2.0×10^27吨。
大约是地球质量的33万倍。从化学组成来看,现在的太阳质量大约四分之三是氢,剩下的几乎都是氦,包括氧、碳、氖、铁和其他重元素,质量约占2%。因此,我们可以估测一下太阳中氢含量有1.5×10^27吨。目前,太阳已经大约45.7亿岁。据推算,每秒有超过400万吨的核燃料在太阳核心被转化为能量。根据这个速率,目前的太阳,已经大约转化了100个地球质量的核燃料,也可以推知,太阳的寿命大约为100亿年左右。
当太阳内部的氢元素几乎全部消耗尽时,太阳的核心会发生坍缩,导致温度上升,一直持续到太阳把氦元素聚变成碳元素。目前,太阳的演化已经到了中年期。根据爱因斯坦质能转换关系式:E=mc²,每秒钟有6亿吨的氢,经过核聚变反应变为5.96亿吨的氦,这亏损的质量与太阳的总质量相比,却是“九牛一毛”。根据对太阳内部氢含量的估计,太阳至少还可以燃烧50亿年。
星球、太阳和大型天体那么重,为什么能浮在宇宙中?
宇宙中是没有上下左右概念的,我们不能用地球上的经验去思考天体在宇宙中的状态我们人类自诞生以来就一直生活在地球上,脚踏实地的人类习惯用上下左右在描述所在的空间,但人类能感觉到上和下是因为地球的引力在其作用,引力将人类牢牢吸附在地表,而地球上的飞机是所以能飞就是因为升力大于了引力。宇宙中的所有天体其实都在不断的运动而不是悬浮状态,运动的背后是万有引力在起作用,早在牛顿的时代人们就知道了质量越大的物体引力就越大,地球和其他天体因此才能绕着太阳公转,因此我们的地球其实是一直在向太阳坠落,但是在没有阻力的太空中地球可以一直保持30km/s的公转速度,高速运动下的地球产生的离心力和太阳引力刚好保持了平衡,所以地球永远不会坠入太阳。
我们的宇宙是一个动态宇宙,星球并不是孤零零静止不动的悬浮在太空中,而是在绕着质量更大的天体旋转,但是天体的运动是人类很难察觉出来的,人类身处地球是感觉不到地球30km/s的公转速度的,身处太阳系也同样感觉不到太阳系在以220km/s的速度绕银河系中心公转。在以太阳为参照物的模型中,地球等一众天体一直绕太阳公转,看起来太阳就像是静止的一样,但如果以银河系中心为参照物的话,立马就能看到正在“狂奔”的太阳系全家。
地球作为行星可以存在那么多的重元素。为什么太阳只能聚变到铁就结束?
地球以及太阳系中所有天体上的铁,都是来自太阳系产生前的某一颗恒星的创造。但是并不是所有恒星都能创造出铁元素。这跟恒星的质量有关。恒星的质量决定了它的寿命,以及不同的演化道路。以太阳的质量,即使它演化到达终点,也不会通过核聚变产生铁元素。所以你提出的问题本身就存在问题。低质量恒星的演化,到氦元素就停止了,它的内核温度与压力都达不到氦燃烧的条件,因此也就不会产生比氦更重的元素。
只有超过太阳质量10倍以上的大质量恒星,才会在演化过程中形成包括铁核在内的多层结构,通过超新星爆发将这些元素抛洒到太空。我们的太阳系产生之前,就吸纳了这样一个超新星的遗产。这里不继续深入低质量恒星与大质量恒星的演变过程,只说类似太阳的中等质量恒星的演变过程:太阳在主序带上的演化阶段已经到了中年期,在这个阶段的核聚变是在核心将氢聚变成氦。
每秒中有超过400万吨的物质在太阳的核心转化成能量,产生中微子和太阳辐射。以这个速率,太阳在主序带上要耗费大约100亿年的时间。太阳没有足够的质量产生铁核,再爆发成超新星。大约50亿年后它将进入红巨星的阶段,氦核心被压缩,同时变热;紧挨核心的氢包层因温度上升而加速聚变,结果产生的热量持续增加并向外传导,使外层膨胀;当核心的温度达到1亿K时,氦聚变将开始进行并生成碳;此时的氦核心已经达到电子简并态,相当于一个小型白矮星,热失控的氦聚变将导致氦闪,释放的巨大能量使太阳核心大幅度膨胀,解除了电子简并态,然后核心剩余的氦进行稳定的聚变。
从外部看太阳将如新星般突然增亮,接着体积大幅度缩小,变得比原先的红巨星暗淡得多,但仍将比现在的太阳亮,直到核心的碳逐步累积,再次进入核心收缩、外层膨胀阶段。这个过程就是赫罗图上的渐近巨星分支阶段。自太阳进入红巨星阶段后,内部激烈的热脉动会导致太阳外层气体不断逃逸,形成行星状星云。最终当外层被彻底剥离后,留下来的就是就是一颗炽热的白矮星。
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