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如果木星撞太陽會怎樣?

如果木星撞太陽會怎樣?


如果木星撞太陽會怎樣?


回答:太陽將會熄滅很長一段時間的巨大災難

雖然難以置信但接下來會有很多天文數字和出乎意料的事情。就像其他很多天體物理的問題一樣,這個問題的答案是有悖於直覺的,好比你往火上澆油卻把火澆滅了一樣。

如果木星撞太陽會怎樣?



請見上圖。太陽旁邊的那個小球就是等比例的木星。很難想像只有太陽直徑10%,千分之一質量的木星能對太陽有任何冷卻效果。這就好像蒼蠅落到了大象身上一樣。可木星90%的質量都是氫氣啊,這不就是太陽的燃料么?但是在現實中,如果木星落到了太陽裡面,它將會奪取大量熱量。假設木星是下落的過程是緩慢的,由計算可得:

木星質量:1.989*1027千克


太陽質量:1.989*1030千克


木星平均溫度:128 K


太陽平均溫度:5778 K


雖然木星質量的10%是氦氣,出於簡化考慮,我們假設木星的全部都是氫氣。這是保守的估計因為氦氣的冷卻效應更強。

效應1:熱容式冷卻效應


下圖為氫氣在100 K至6000 K範圍內的比熱容


由圖可得,將1千克氫氣加熱至太陽平均表面溫度需要17KJ/Kg-K的能量。我們可以計算將木星加熱至5778 K 所需的總能量為 1.91*1035 焦耳。這是非常巨大的能量需求!可太陽總功率只有3.85*1026 瓦特。所以加熱時間需要15.8年。


這就意味著當木星落入太陽以後,太陽將會變暗至少16年並將能量用於重新加熱的過程。如果你覺得這就很糟糕了,還有比這糟糕15倍的消息。


效應2:電離效應

太陽不只是一團氫氣和氦氣燃燒的大火球。其實太陽內部充滿了電離氣體。太陽里所有氫原子都是電離了的。電離一個氫原子需要13.6 eV或者2.18*10-18焦耳的能量。木星里的氫氣出於非電離狀態。所以太陽的能量不僅需要用在加熱而且還需要將新加入的氣體電離以便產生核反應。氦氣需要比氫氣更多的能量才能電離,所有我們才說假設木星全是氫氣是對能量需求的保守估計。木星裡面有1.20*1054個原子,全部電離所需能量為2.61*1036焦耳,那麼太陽以全功率加熱所需時間214.9年。


所以太陽表面將會多變暗215年的時間。太陽核心的核聚變將會繼續進行併產生能量,只不過這些能量將全部用於加熱和電離這些低溫氣體,這一過程至少要持續231年太陽才能恢復正常亮度。


在現實中,由於熱交換速度的限制,這一過程會更加漫長。太陽變暗的程度會小一些,但變暗的時間會延長。比方說以50%的亮度持續462年。無論何種情況,這對地球都是一場災難。我們的太陽作為一個主序星,400多年的時間對於它45億年的歲數和95億年的壽命來說,是可以忽略不計的。可是對於太陽系內尤其是地球上的生物,是滅世級的災難。可能只有少部分在大洋底部,靠近地熱源的生物能夠存活下來。


效應3:動能效應

題主並沒有給出木星和太陽是以何種形式相撞的。只要有足夠的動能,木星將會一直在目前的軌道繞太陽公轉。如果要讓木星撞太陽,要麼以某種形式消耗木星的動能或者改變它的軌道。如果只是改變了它的軌道的話,那麼它所攜帶的動能可以縮短太陽加熱的時間。


木星的質量為1.989*1027千克,平均軌道速度為13.1千米/秒,那麼木星的軌道動能為1.71*1035焦耳。所以它自身的動能將足以滿足氣體升溫所需的能量,但由於電離還需要大量能量,所以太陽仍然會變暗至少216.6年。


另外一種情況是快速下降。假設我們不是慢慢的將木星落入太陽,而是讓木星的公轉速度降為零,然後讓它自由落體墜入太陽。這樣木星在下落加速的過程中,可以將其重力勢能轉換為動能。


在引力場中勢能等於 -GMsMj/d ,d為木日之間的距離。木星的總能量,就是其動能和勢能的和是恆定的。取木星軌道半徑d和太陽半徑Rs之差,我們可以得出木星的末速度:


太陽和木星表面逃逸速度分別為617.3千米和18.5千米


木星在太陽表面末速度為617千米


木星的動能為3.38*1038焦耳


可見撞擊能量是巨大的,等於太陽31000年的輸出。由於撞擊造成的日冕物質大量拋射,這甚至可以造成太陽爆炸的感覺。強烈的太陽風暴對於我們同樣也是致命的。另外還有一個有趣的現象是,由於木星質量是巨大的,足以使太陽產生偏移。它們在下落過程中會相互吸引朝一個重心移動,最後太陽將會偏移1百萬千米左右。


最後一點是木星的氫氣能產生多少作用?幾乎可以忽略不計。因為木星只有太陽質量的千分之一,所以新增加的這部分質量對於提高重力壓的效果基本為零,除非木星有2到3 倍的太陽質量,否則核心的聚變速度不會有變化。當然由於木星的加入,太陽壽命可以延長1000萬年左右,不過可惜我們活不到那個時候了!

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