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太陽的質量每天都在減少,引力也在減弱;那麼地球會遠離太陽嗎


天文在線果我沒弄錯,聚變反應產生能量的同時必然損失一定的質量。難道這種轉換不應該減少正在經歷聚變反應的天體(太陽級宇宙中的恆星)的引力嗎?隨...

- 2019年4月10日01時59分
- 科學文摘 / 天文在線

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果我沒弄錯,聚變反應產生能量的同時必然損失一定的質量。難道這種轉換不應該減少正在經歷聚變反應的天體(太陽級宇宙中的恆星)的引力嗎?隨著時間推移,因為聚變反應而逐漸減少質量的太陽是否會對星球們的運行軌跡造成輕微影響呢?在目前可觀測的時間內,但是這種距離的變化一般很難察覺。

沒錯,由於太陽核心的核聚變過程正在將太陽的質量轉化為能量,太陽的質量的確在減少。(並且這種能量最終以太陽表面的光線為形式輻射出來。)然而,由於這種變化對行星軌道的影響非常小,在任何合理的時間段內都無法被測量出來。


如果我們觀察那個將四個氫原子轉化為一個氦原子的,產生太陽能量的主要聚變反應,我們可以知道那種變化帶來的影響一定十分的小。而從元素周期表,你可以發現一個氦原子的質量比四個氫原子組合的質量還要少約0.7%。這個「缺失的質量」就是轉化為能量的部分。因此,即使在最多最絕對的情況下,也只有0.7%的太陽質量可以被轉換,而這需要太陽完整的100億年的生命周期來實現。所以這也必然是個非常微小的影響。(實際上,並不是所有太陽的質量都由氫組成,並且只有太陽內核的質量有足夠的熱量來進行聚變反應,所以我們只能預計約0.07%的質量會被轉換。)

想要直接計算太陽將質量轉換為能量的速率也很容易。我們先從愛因斯坦著名的公式開始:

E = M c2其中E是產生的能量,M是質量,c是光速(3x108米/秒)。
而簡單擴展這個公式後,可以得出能量產生時的速率公式為:(產生E的速率)=(損失的質量M)X C2

太陽產生能量的速率等於它從表面發射能量的速率(它的光度),也就是大約是3.8x1026 瓦這個數字可以通過從地球測量到的太陽亮度以及它與我們之間的距離來測量得出。將其代入上述公式後,我們可以得知太陽每秒損失大約42億千克!

質子﹣質子鏈反應在太陽或更小的恆星上占有主導的地位。

這好像很多,但與太陽的總質量(2x1030 公斤)相比並沒有多少。
打個比方來說,假如我們說想要衡量100年來這種質量損失的影響,那麼在這種情況下,由於聚變反應,太陽將損失1.3x1019千克,而這對於太陽總質量來說仍然是非常微小的一部分(6.6x10-12,,或者一萬億分之6.6左右!)。


恆星內的質子﹣質子和電子捕獲鏈反應比例圖。

那麼這對行星的軌道有何影響呢?直觀地說,如果我們想像有一顆以某種速度圍繞太陽運行的行星,在太陽失去質量時對行會減弱,那麼它將難以保持在它一直以來的軌道上。因此,行星的公轉速度將使其拉開與太陽的距離,而太陽和行星之間的軌道間隔將加大。

在2006年9月7日,關於中微子和暗物質的NDM國際會議網站上,恆星內的質子﹣質子和電子捕獲鏈反應圖。

這種情況下的公式是,軌道間距與1除以太陽質量成正比,這可以從太陽-行星系統必須在太陽質量損失時保持其角動量這一事實得出。同時,行星的軌道周期與1除以太陽的質量平方成正比。

對於太陽質量的小百分比變化(正如我們現在所考慮的),上述所有公式可以簡化為一個很好的簡單近似:太陽質量的每減少一個百分比,行星的軌道間距將增加相同的百分比,而行星的軌道周期將增加兩個百分比。

正如上面所說,太陽的質量將在100年內減少6.6萬億分之一。那麼行星的軌道間距將增加6.6萬億分之一,而軌道周期將增加13.2萬億分之一。而 如果這個行星是地球的話(其與太陽的軌道間距約為150,000,000公里且軌道周期為1年),地球與太陽的間隔將增加約1米,軌道周期將增加約0.4毫秒! 而這些數值無論是哪個都不足以被我們檢測出。

我不確定我們要等多久才能看到地球 和太陽軌道上出現的明顯的可測量的距離,可能有其他影響超過這個影響而使其即使在很長一段時間內也很難或不可能發現。例如,地球軌道會因其他行星的影響而發生變化,太陽的質量也會因其他因素影響(例如太陽風)而發生變化,但從長遠來看,這些影響可能都小於太陽因聚變導致的質量損失所帶來的影響。

總的來說,我認為比較保險的結論是:

1)對於類似人類生存的東西,行星軌道(的變化)不會有明顯影響,

2)縱觀太陽的生存周期得出的明顯影響是,由於太陽將在這段時間內損失約0.07%的質量,地球軌道周期會變化約半天。

每一年太陽約消耗134萬噸的物質,這樣就簡單多了。根據牛頓的萬有引力定律,由於太陽質量的減少,地球被迫慢慢向外漂移。用公式我們就可以簡單算出這個值,每年約為1.5厘米,太陽系的其它行星也同樣如此。

太陽從誕生到現在已經燃燒了將近50億年,損耗的質量僅僅只有0.03%,和土星的質量差不多。折算成地球軌道漂移,我們現在的地球只比過過的45億前離太陽遠了50000千米而已。

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翻譯:天文志願文章組-楽天

審核:天文志願文章組-PN結

排版:零度星系


1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3.原文來自:http://curious.astro.cornell.edu/our-solar-system/57-our-solar-system/planets-and-dwarf-planets/orbits/81-when-the-sun-converts-mass-to-energy-do-the-orbits-of-the-planets-change-advanced

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