木星撞擊太陽會(huì)怎樣？

邁赫蘭·穆阿利姆

問題：

如果木星撞擊太陽，那會(huì)發(fā)生什么？

答：隨著太陽持續(xù)許多許多年的逐漸熄滅，將會(huì)發(fā)生難以想象的災(zāi)難。

首先感謝這種極其有趣的問與答。接下來，我會(huì)提到一些非常大的數(shù)字和驚人之處，雖然令人難以相信，但我們也要做好心理準(zhǔn)備。就像天體物理學(xué)中的其他事物一樣，這里的答案也是反直覺的。你給太陽添加燃料，它卻漸漸熄滅。龐大的太陽質(zhì)量拋射和超亮問題還有另外一個(gè)極端，下面我們也會(huì)討論到。

請看右面的圖片。你看到的太陽表面上的小球就是木星，它們是按照比例繪制的。我們很難相信，一個(gè)直徑只有太陽直徑1/10并且質(zhì)量只有太陽質(zhì)量1/1000的行星會(huì)給太陽帶來明顯的降溫效果。這就像一只蒼蠅落在一頭大象上。構(gòu)成木星的物質(zhì)中9 0%是氫，這不是與太陽燃燒所需的燃料相同嗎？它到底是怎樣的構(gòu)成？現(xiàn)實(shí)是，如果木星墜入太陽，它會(huì)吸收大量來自太陽的熱量。假設(shè)我們將木星輕輕地放入太陽，讓我們來計(jì)算一下：

木星的質(zhì)量是1.989×1027千克;

太陽的質(zhì)量是1.989×1030千克;

木星的平均溫度為128K;

太陽表面的溫度為5778K。

雖然木星大氣中有10%的氦，但簡單起見，我們假設(shè)它全部由氫組成。實(shí)際上，這是一個(gè)保守的假設(shè)，因?yàn)榕c氫相比，氦能產(chǎn)生更糟糕的影響。

效果1：電容冷卻。加熱氫至太陽表面溫度的平均值大約需要17焦耳/千克開爾文。由此，我們就能計(jì)算出將木星1.989×1027千克的氫加熱至5778K所需的總熱量：1.91×1035焦耳。

這是一個(gè)巨大的能量！要知道，太陽的總功率是3.85×1026瓦。因此，加熱木星至太陽表面

溫度所需時(shí)間為15.8年。

這意味著木星墜入太陽后，太陽要消耗能源加熱低溫氣體，這會(huì)導(dǎo)致太陽變暗，并且這一過程將長達(dá)近16年。如果你認(rèn)為這很糟，那還有比這糟糕15倍的事情在等著你。

效果2：電離效應(yīng)。太陽不僅僅是一個(gè)燃燒著的、由氫和氦構(gòu)成的球體，它實(shí)際上是完全電離氣體。木星上的氣體不是電離態(tài)的，在它墜入太陽后，太陽的能量不僅要被用來加熱氣體，還要在氫融合到太陽之前電離氫原子。電離一個(gè)氫原子需要2.18×10-18焦耳的能量。讓我們假設(shè)木星的所有質(zhì)量都是氫（這是保守估計(jì)，因?yàn)殡婋x木星中的氦需要更多的能量），因此，木星的氫原子數(shù)量為1.20×1054個(gè)，電離木星中的氫所需能量為2.61×1036焦耳，這相當(dāng)于太陽全力輸出功率214.9年。

這將會(huì)使太陽陷入黑暗中的時(shí)間延長近215年！因此，太陽表面將會(huì)變黑。在太陽核心，所有的核聚變會(huì)繼續(xù)發(fā)生并產(chǎn)生能量，但這些能量將用于加熱和電離普通的寒冷物質(zhì)。在太陽擺脫黑暗、重新回到正常之前，它將完全陷入黑暗長達(dá)231年。在現(xiàn)實(shí)中，由于傳熱和介質(zhì)阻力，這一過程可能會(huì)持續(xù)更長的時(shí)間。太陽會(huì)發(fā)光，但會(huì)在較長的一段時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)異常，比如在462年時(shí)間內(nèi)減少50%的能量，等等。無論具體過程如何，這將是太陽系的一個(gè)大災(zāi)難。對一個(gè)壽命預(yù)期為45億年或95億年的重量級星球而言，這不過是滄海一粟、微不足道，但是對太陽系，特別是地球上的生命而言，這是一個(gè)致命的打擊。長達(dá)數(shù)十年的黑暗可能會(huì)凍結(jié)所有的行星，并且會(huì)殺死地球上的大部分生物，唯一的例外也許是海底以地?zé)釣樯纳?/p>

效果3：動(dòng)能。問題中假設(shè)的場景是在沒有詳細(xì)說明的情況下木星墜入太陽。木星目前是繞太陽運(yùn)行的，只要它有足夠的動(dòng)能就會(huì)一直繞行下去。在它墜入太陽之前，需要吸收能量或者改變行星的軌道。如果能量既沒有被吸收也沒有被帶進(jìn)太陽，木星合并到太陽所需要的能量將減少。讓我們來計(jì)算一下能量：

木星質(zhì)量是1.989×1027千克，平均軌道速度為13.1千米/秒，動(dòng)能為1.71×1035焦耳?？磥恚@至少可以提供加熱氣體達(dá)到太陽表面溫度所需的大部分能量。但是，在木星完全并入太陽之前，我們?nèi)詫⒂幸粋€(gè)至少216.6年的完全黑暗時(shí)期。

還有最后一個(gè)細(xì)節(jié)。木星對太陽的燃料供給有多大貢獻(xiàn)呢？這是微不足道的。木星質(zhì)量只有太陽質(zhì)量的1/1000，這樣的質(zhì)量對日益增加的重力核心的影響甚微，也不會(huì)導(dǎo)致燃燒加速。這些質(zhì)量的加入會(huì)使太陽的生命延長1000萬年，卻無法改變太陽的燃燒率。但不幸的是，我們都將消失了！

另一個(gè)有趣的極端情況是木星急速下降。假設(shè)木星不是輕輕地下落至融入太陽，而是自它的軌道以自由落體墜入太陽。隨著木星加速奔向太陽，它的重力勢能必將轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。換句話說，它仍然吸收來自太陽的能量，但是不會(huì)從放射物中吸取能量。讓我們來計(jì)算一下這會(huì)提供多少能量：

太陽表面的逃逸速度是617.3千米/秒，木星軌道的逃逸速度是18.5千米/秒，木星在太陽表面的最終速度為617.0千米/秒，木星在太陽表面的動(dòng)能為3.38×1038焦耳。

這是一個(gè)巨大的能量，等于太陽31000年的輸出。它甚至?xí)?dǎo)致巨大的類似太陽爆炸時(shí)的日冕物質(zhì)拋射。這對所有的行星將是災(zāi)難性的。同時(shí)，因?yàn)槟拘且彩怯兄亓康?，太陽也?huì)墜入木星（它們都落在質(zhì)心）。所以，在這一過程結(jié)束時(shí)，太陽會(huì)有一個(gè)約100萬千米的位移。

綜上所述，現(xiàn)在有兩個(gè)極端情形：一個(gè)是多年的黑暗與冰凍，另一個(gè)是超級明亮的太陽噴射大塊的熱物質(zhì)和巨大的輻射進(jìn)入太空。不管哪種情況，木星墜入太陽都將是災(zāi)難性的。而這些，都是科幻電影的素材和氣體巨星的恩惠。