太陽是以核聚變為主要能量來源的,而正因如此,太陽每秒也在損耗超過4200000噸的太陽品質。這究竟是為什麼呢?地球是否會因太陽品質降低而被丟擲太陽系呢?
與所有恆星一樣,太陽是以來核心的“氫聚變”供應能量,每消耗1KG的氫,就能釋放出相當於19000噸標準煤燃盡產生的能量。
聚變時,每4個氫核聚變為1個氦核,釋放出2個正電子和3個光子外加2箇中微子。這期間,其物質品質由原來的4個氫核的4.0291個單位降低到1個氦核的4.0012個單位,一次聚變損耗的能量就達到4.12x10^-21J,而在太陽內部每秒會發生9.2×10^37次氫氦聚變反應,根據愛因斯坦的質能轉換公式E=mc^2,太陽每秒就會損失420萬噸的品質。
我們都知道,地球之所以一直能環繞太陽旋轉,多虧了太陽強大的萬有引力的牽引,如果萬有引力瞬間消失,地球就會沿著當前軌道的切線被丟擲。同理,如果太陽品質減少,地球也會有沿切線丟擲的趨勢,不過由於萬有引力依舊存在,只是減小了而已,因此丟擲的趨勢被遏制,轉換為軌道半徑擴大,也就是說會遠離太陽。
那麼,現在太陽品質的變化會否影響到地球的運轉呢。
太陽總品質約為2×10^27噸,每秒消耗420萬噸,就是4.2×10^6噸,換算成一年就是1.32×10^14萬噸,如此算下來每年太陽品質也僅會消耗十萬億分之幾。按這個速度計算,終其一生50億年因聚變消耗的品質不過千分之7的太陽品質,加上太陽風等帶來的影響也不會超過1%。
可以說,在太陽的主序星階段,其品質的損耗對地球的影響不大。不過當期結束主序星階段時,會一次性損耗大量品質。
在太陽結束主序星階段時,由於品質小,其內部無法被利用的氦元素,核心的氦增多氫減少會導致核心產生的熱量降低,此時如果熱量不足以支撐萬有引力對太陽大氣層的吸引,那麼外層太陽大氣便會向核心塌縮,引發擠壓,而物質擠壓產生的額外壓力和熱量就會點燃氦聚變——這就是氦閃。
氦聚變產生的熱量會使太陽急速膨脹,膨脹的途中會因為氦聚變的品質損耗和強烈太陽風等因素損耗大量品質,最高直徑會擴大200倍,而體積則會擴大200000倍,可能會吞噬地球,當太陽的半徑達到最大值時,品質只剩下目前的67%。最終,消耗核心的氦後,太陽品質因為大量消耗,以無法以塌縮的形式點燃下一次聚變。太陽也就會慢慢冷卻,變成一枚白矮星。
可以說,現階段太陽的品質損耗對地球的影響並不大,遠期來看,人類能否生存到那時還是個未知數。