對于地球觀察者來說,太陽還真的會被“澆滅”了。
不過,是暫時(shí)的。
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即便對于和太陽相同體積的水來說,質(zhì)量也高達(dá)太陽的1/1.408。(太陽密度1.408X10千克/立方米,水密度10千克/立方米)
太陽質(zhì)量1.9891X10^30千克,可知,這些水的質(zhì)量至少1.4127X10^30千克。
把這些水加熱,并最終成為數(shù)千度的等離子體,吸收的能量可達(dá):2.5X10^38J
有人一直對這里水取了10的密度耿耿于懷,我這里解釋一下:
水的確在低壓和高壓下會有密度變化,但變化幅度只有20%,且最高密度略高于10,最低密度為0.8倍10,這是水液相分子間距和排序所決定,分子密度更高則會固相化。
對于質(zhì)量達(dá)到10^30的純水球來說,最內(nèi)部壓強(qiáng)高達(dá)1億個(gè)大氣壓強(qiáng)(1萬GPa)。而常溫下的水,早在1Gpa就會轉(zhuǎn)化成冰Ⅵ(溫度越低轉(zhuǎn)變越快),超過2Gpa,轉(zhuǎn)變成冰Ⅶ,達(dá)到1000GPa,轉(zhuǎn)化成冰Ⅺ(低超低溫下只需要數(shù)Gpa)。高達(dá)1萬GPa時(shí),分子鍵破裂等離子體化,此時(shí)溫度也極高,足以發(fā)生核聚變。這還不考慮太陽引力,考慮太陽引力(太陽表面引力加速度是地球的28倍),壓強(qiáng)可達(dá)到28萬GPa。
所以說,常規(guī)引力下,太陽那么大的水球是不可能合理存在的。
那么,這個(gè)體量的水球,就必須是一個(gè)理想水球,它才能整體維持成液相的狀態(tài)。實(shí)際題面的本意,本身就是傾向于理想水球的。只不過理想水球在被“釋放”的剎那,則需要考慮所有受力情況。
水等離子體化吸收的能量,計(jì)算過程如下,不愛看演算過程的可以跳過:
根據(jù)水的溫度不同(0℃~100℃),水汽化所需的能量約為3.193X10^36J~3.786X10^36J 已知水蒸氣加熱到2000℃左右,會分解為氫氣和氧氣。
升溫過程中水蒸氣比熱容降低,加熱到臨界點(diǎn),至少需要能量約為:3X10^36J 1摩爾水蒸氣分解成氧氣和氫氣,吸收241.8kJ熱量。
可知,所有水蒸汽解體為氫氣和氧氣,所需的能量約為:1.3433X10^37J
保守估計(jì),這些氧氣和氫氣加熱到電離臨界點(diǎn)(接近太陽表面溫度6000℃),所需能量約為:2X10^37J
氧氣電離兩個(gè)電子以及氫氣電離,需要的能量約為:2X10^38J
總計(jì):這些水從加熱,一直到成為等離子態(tài),大約需要2.5X10^38J的能量。
已知,太陽每秒鐘釋放的總輻射能量為:4x10^26J
那么,太陽原始輻射強(qiáng)度下,等離子體化這些水的時(shí)間為:6.25X10^11s,合19818年。
不過這些水為太陽至少增加了70%的質(zhì)量,如此多的質(zhì)量下,太陽核心壓力和溫度升高、核聚變強(qiáng)度和體積都會相應(yīng)地增加。
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如圖所見,太陽聚變發(fā)生于核心內(nèi),溫度高達(dá)1500萬K,氣壓高達(dá)3000億個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(核心區(qū)外部的壓力和壓強(qiáng)不足以發(fā)生核聚變,所以此時(shí)的太陽外部是不會發(fā)生核聚變的)。
新增加的70%重量迫使輻射區(qū)位置向內(nèi)部擠壓,大量輻射區(qū)轉(zhuǎn)化成核心區(qū),會大大增加核心區(qū)體積。
已知天狼星是太陽質(zhì)量的2倍左右,核輻射能力卻是太陽的25倍,可知增加70%的質(zhì)量,太陽至少可以增加10倍的輻射強(qiáng)度。
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那么,水等離子體化的時(shí)間將縮短到2000年左右(對于裹住太陽的水來說,超過一定極限時(shí),增加的水質(zhì)量越多,核心輻射越強(qiáng),水等離子體化的時(shí)間反而會縮短)。
一開始,水全部包裹太陽的時(shí)候,幾乎所有太陽輻射都被水所吸收。
對于此時(shí)的地球人來說,太陽是真的被澆滅了。(可見光在水中會衰減,對于厚度達(dá)到數(shù)十萬公里的水來說,地球人已經(jīng)完全看不見太陽了。)
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這個(gè)黑暗期長達(dá)20年以上,太陽的消失,對于萬千生命來說就是世界末日。
絕大部分的動(dòng)植物都在這20年黑暗中滅絕,人類憑借核工業(yè)茍延殘喘。
20年的過程中,內(nèi)部接觸太陽的水層直接等離子體化,更外一點(diǎn)分解成氫氧氣,再外一點(diǎn)的水汽化。用敏感度高的天文望遠(yuǎn)鏡,能夠看到水球逐漸“沸騰”的過程。
沸騰之前,大量的水足以“澆滅”太陽的對流層,甚至“澆滅”部分輻射區(qū)(核心區(qū)的輻射卻會指數(shù)增加的)。雖然太陽主要是氣體,但這些水也不至于落入太陽內(nèi)部太深的地方,因?yàn)樘杻?nèi)部的密度高于水的密度。
在水氣化過程中,此時(shí)的太陽大致會呈現(xiàn):核心區(qū)、輻射層、水層、大氣層四層的狀態(tài)。
在高溫作用下,水層會逐漸汽化。不過由于高達(dá)數(shù)十個(gè)G的重力加速度,即便水蒸氣全部汽化,致密性也很高。
20年后,直到包裹太陽的水全面氣化,大量的可見光從太陽輻射出來,太陽逐漸明亮了起來。
此時(shí),人類可以通過儲存的種子,再次讓地球煥發(fā)生機(jī)。
不過,此時(shí)人們看到的不再是原來太陽的黃光,而是藍(lán)光。
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這是因?yàn)椋藭r(shí)太陽質(zhì)量是原來質(zhì)量的1.7倍,超過了1.5倍。(低于0.5倍為紅光,0.5~1.5倍之間為黃光,大于1.5倍為藍(lán)光)
由于聚變核心區(qū)壓力很大,溫度急劇上升,碳氮氧循環(huán)加劇,核心區(qū)因溫差過大而形成對流。
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高輻射壓力把恒星撐得更大,體積至少膨脹到當(dāng)前太陽體積的4倍以上。由于外部溫度比較均勻,外部物質(zhì)反而不再對流(外部氫元素不再被消耗,氧等離子體下沉)。
由于核聚變更加的強(qiáng)烈,太陽壽命反而會縮短30~40億年,最終只剩下不到10億的壽命。(增加的水越多,聚變指數(shù)加倍,壽命越短。)
隨后,太陽的輻射能力每年不斷的增加,數(shù)百年間,輻射強(qiáng)度就能達(dá)到太陽的大小。
大約2000年左右,在氫氣和氧氣被全部等離子體化以后,太陽的輻射強(qiáng)度已經(jīng)翻倍增加,一直到曾經(jīng)輻射能力的10倍以上。
那么地球輻射增加的是10倍嗎?
其實(shí)并不是,太陽質(zhì)量增加之后,引力勢能發(fā)生改變。(太陽質(zhì)量增大,地球被吸引,近日點(diǎn)的動(dòng)能+勢能=遠(yuǎn)日點(diǎn)的動(dòng)能+勢能。)
把地球公轉(zhuǎn)近似看成圓周,可得近日點(diǎn)的距離大約為:6.23X10^7km(地球原半徑的41.7%,不足以被太陽吞沒。當(dāng)然,如果增加的水體量達(dá)到太陽質(zhì)量的10倍以上,地球就會撞擊在太陽上)。
由于近日點(diǎn)輻射面積的增加,可通過面積是長度平方的關(guān)系,得到近日點(diǎn)的位置,地球接收到的太陽輻射,激增了4.76倍。
那么比較于舊太陽,地球上近日點(diǎn)的輻射增大47.6倍。
在近日點(diǎn)時(shí),即便有大氣層對輻射的反射、吸收等作用,白晝溫度依然可以升高到1000℃以上。
水分蒸發(fā),大氣層很快消失,地球溫度可繼續(xù)升到高數(shù)千度。
地球表面融化,成為一顆熔巖行星。
不過太陽引力的變化引起的混亂,形成混沌效應(yīng),行星軌跡會有不可預(yù)知的變化,地球極有可能與其他行星發(fā)生碰撞。雖然生命會悉數(shù)滅絕,但地球運(yùn)氣足夠好,依然可能被撞到新宜居地帶,演化成一顆新的類地行星。
發(fā)生這一切之前,如果人類有能力離開的話,只有一個(gè)較短的時(shí)間逃離。太陽升溫時(shí),平均每1年便能升高1℃,越往后溫度升高越快,適宜人類生活的時(shí)間可能只有短短數(shù)十年。這么短的時(shí)間,人類幾乎不可能從之前20年的黑暗期恢復(fù)過來。
除非這個(gè)“事件”發(fā)生在人類,真的能星際穿越的時(shí)候。
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10多億年后,無論人類是否滅絕,太陽內(nèi)核坍縮,輻射大量的能量,外部氫元素全面核聚變,演化為紅巨星。
氦閃、地球被吞噬,數(shù)百萬年后,紅巨星燃燒殆盡坍縮為白矮星。
不過,題主提到的體積大于太陽,并沒有說上限。
如果新太陽總質(zhì)量超過舊太陽的8倍,太陽晚年坍縮后,剩余質(zhì)量將會超過錢德拉塞卡極限(1.44太陽質(zhì)量),它會在超新星爆發(fā)后,坍縮為中子星。
如果剩余質(zhì)量超過太陽的3倍,則會坍縮為黑洞。
總之,加水僅僅只是給太陽加“燃料”而已,太陽內(nèi)核聚變會更加的劇烈,輻射出更多的能量。
但因?yàn)檩椛涑龅拇罅磕芰勘凰罅课眨祟悤翱吹健碧柋粫簳r(shí)澆滅。隨后太陽再次明亮起來,不可逆轉(zhuǎn)地走向世界末日。
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