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太阳每天燃烧损失巨大,引力减小,地球轨道越来越远会变冷吗?

我们都知道太阳燃烧的原理和氢弹的原理有点类似,都是核聚变反应。而核聚变反应前后,会损失一部分质量,这部分质量会以能量的形式释放出来。

那么问题就来了,按照这个想法来看,太阳每天燃烧都会损失质量,所以引力就会变小,那地球就应该会越来越远离太阳。离太阳越远,获取到的太阳热量就会越少,那应该温度越来越低才对,可为什么地球将会在10亿年后因为太热而不再有任何的生物?

太阳核聚变

这事情是要从太阳核聚变说起。我们都知道太阳是核聚变反应,可是太阳为什么会平白无故就发生核聚变反应?还有太阳系除了太阳之外,其他的天体为什么不会像太阳这样自发地发生核聚变反应?

其实这和太阳的质量有关。太阳的质量在太阳系中是绝对的主宰,占据太阳系总质量99.86%以上。

这就使得太阳的引力巨大,这个引力使得太阳内部的温度急剧升高,可以达到1500多万度,200多万个标准大强压。这就使得太阳并非是我们常见的普通物质状态,而是等离子态。等离子态意思是说,构成太阳的原子中,电子获得了足够多的能量。于是,不再受原子核的束缚,开始自由奔放地在太阳内部瞎逛。所以,此时的太阳更像是一锅粒子粥。

而构成太阳的主要是氢元素,也就是说,太阳就像是一锅氢原子核(质子),电子,光子构成的粒子粥。照理说,原子核是带正电,同种电荷相互排斥,也就是说,想要让原子核之间发生核融合,也就是核聚变反应,是很难的,需要克服静电斥力。

想要实现这个氢原子核的核聚变的条件大概是1亿度,所以,太阳照理说是不应该发生核聚变反应。这也是为什么我们引爆氢弹之前,都会先引爆一颗原子弹,原子弹是可以提供氢弹核聚变反应所需要的温度。

虽然温度不够高,但太阳足够大,粒子数足够多。而在微观世界中存在着一种量子效应叫做隧穿效应。意思是说,原本需要能量才能实现的事情,在微观世界中也有一定概率发生。对于一堆原子核来说,大概在10亿年左右才能发生一次反应。

而太阳的粒子数足够多,所以反应得以进行,只不过会以“非常温和”的方式进行,这才确保了太阳不像氢弹那样一下子全炸了。在隧穿效应的帮助下,太阳内核会发生4个氢原子核最终聚合成一个氦原子核的过程。这个过程有两条路径,一条叫做质子-质子反应链,另一条叫作碳氮氧循环。

地球真的在远离太阳?

太阳的核聚变反应确实会使得太阳的质量减小,大概每秒钟会损失420万吨的质量(4.2*10^7吨),这部分质量以能量的形式释放出来。这质量看起来已经很多了,但如果我们对比一下太阳自身的质量1.9891*10^27吨,就会发现核聚变损失的质量相对于太阳自身质量是一个很小的数字,完全可以忽略不计。

但是太阳是持续在燃烧,所以量变还是会引发质变的。科学家发现,地球每年大概会远离太阳1.5厘米。其实不只是地球在远离太阳,金星,火星等太阳系的天体也有类似的情况,比如:金星每年会远离太阳1厘米左右。

不过,我们要知道的是,1.5厘米相对于日地距离1.5亿公里,也是极其小的数,同样是可以忽略不计的。所以,地球远离太阳这件事情其实对于地球的影响并不大,对于地球的环境和气候几乎是没有任何的影响。那地球未来到底是会升温还是降温呢?

地球的未来

我们都知道,地球的主要能量来源就是太阳的辐射。地球上的植物通过光合作用,利用太阳光,把二氧化碳和水合成富能有机物,这也是食物链的基础。

而阳光照射到地球后,由于地球有大气层、以及海水占据表面积70%,地球可以很好地保住自己的温度,不让热量快速流失,所以地球的昼夜温差和其他天体比起来是非常小的。

这其实侧面也反映了地球到底宜居不宜居和太阳的辐射强度有关。如果太阳的辐射强度增大,那地球就会升温,当增大到一定程度后,地球可能就不再适宜居住了。所以,要知道地球将来的温度变化,实际上得看太阳未来辐射强度的变化。

我们在开头也说到了,太阳的辐射是依靠核聚变反应。所以,我们又可以把问题转化为太阳未来核聚变反应强度是变大了还是变小了?

实际上的答案是:变大了。为什么会这样呢?

我们可以从宏观视角来看这个问题,太阳之所以还够保持一定的体积范围。是因为太阳有一对力处于动态平衡,一个是自身的引力,另外一个就是核聚变产生的对外压力。

当太阳的质量减少后,引力就会减少,因此,引力对抗核聚变对外压力的能力就下降了。而原本引力是可以约束核聚变反应强度的,现在约束的强度下降了,太阳的核聚变反应就会愈加剧烈。

所以,太阳的辐射强度是在升高的。科学家估算过,再过10~20亿年后,地球将会因为太热而不再适合生物居住,也就是说地球在那时起就不在宜居带内了。不过,火星恰好是在宜居带内的,所以,如果那个时候还有人类,最好的办法就搬家到火星。

总结

根据上文的分析,我们知道,地球确实是在远离太阳,每年大概是1.5厘米左右。但这些偏移量其实并不会造成多大的影响。而随着太阳辐射强度的升高,地球在未来10~20亿后就因为太热而不再适合宜居了,而此时的火星恰好是在宜居带内。

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