有人可能认为这很夸张,每秒420万吨就没了,太阳怎么可能烧了50亿年,还将烧50亿年呢?但科学研究的真相就是这样,太阳每秒钟要减少420万吨质量,这些质量化为光和热照耀着太空,我们地球可以分得22亿分之一。
每秒420万吨很多吗?是的,在地球上对于一个人,甚至一个地区乃至一个国家来说,这个数量非常大。但相对太阳来说,就很渺小了。这个渺小有多小呢?这么说吧,整个地球丢进太阳这个大熔炉里,就像一个核桃丢进一个巨大的炼钢炉,只会起几个小泡泡。
那么,任何在地球上看起来很巨大的东西,在太阳面前都不值一提。太阳质量约为2*10^30kg,是地球的33万倍,体积更是地球的130万倍。太阳每秒钟消耗掉420万吨物质,这部分物质转化为能量就非常巨大了,根据爱因斯坦质能方程公式计算,可达到3.78*10^26J(焦耳)。
也就是说,太阳每秒钟释放的能量,相当9亿亿吨TNA炸药爆炸当量,是2024年世界电力消耗总量30.85万亿kw/h的340万倍,也就是说太阳1秒中释放的能量,能让地球人类使用340万年。
让人类认识到质量与能量之间的关系,知道了很小的质量就能爆发出巨大能量,是爱因斯坦巨大发现和贡献。极小质量爆发出巨大能量的前提是核聚变,需要极端的条件才能实现。比如太阳核心的核聚变,就是在1500万K高温,3000亿个大气压强状态下持续不断的。
但这并不等于说,太阳的消耗会很快,因为与太阳巨大的质量相比,420万吨只是一个极小的量。
我们可以简单计算一下,每秒消耗420万吨,每小时3600秒,每天24小时,每年365.25天,就是31557600秒,太阳就烧掉了约133万亿吨质量(1.33*10^14吨)。这个数字看起来很大,但只相当太阳质量不到百万亿分之七。
所以,太阳再烧50亿年,就烧掉了6.6*10^23吨质量,相当烧掉了110个地球质量,但也仅占太阳质量2*10^27吨的万分之三点三。太阳整体寿命约100亿年,已经烧了约50亿年,加上后来还要烧50亿年的质量,总共才消耗质量约万分之六点六,只不过相当太阳一点皮毛而已。
但维系太阳稳定的不仅仅是质量,而是核心持续不断的氢核聚变。是氢核聚变形成的强大辐射压,抵御住太阳本体质量的强大收缩压,形成一个平衡,太阳才能稳定地辐射出光和热。所有恒星都有这样一个阶段,叫主序星阶段,是恒星演化过程时间最长最稳定的阶段。
恒星演化过程损失的质量只是氢核聚变过程的极小部分。事实上,每秒钟太阳有6亿吨氢参与核聚变。核聚变就是核融合,4个氢核融合为一个氦核,聚变出5.968亿吨的氦,约有0.7%也就是420万吨质量转化为能量。经过100亿年的氢核聚变燃烧,太阳核心能够参与核聚变的氢将会消耗殆尽,这样太阳的主序星阶段就过去了,进入演化晚期,变得极不稳定。
太阳演化晚期,核心的氢烧完了,留下一个氦核心,没有了核聚变辐射压抵御本体质量巨大引力收缩压,外围物质向核心急剧坍缩,导致更高的温度和压力,就会点燃氦核聚变。氦核聚变完成后生成了氧和碳,太阳这种质量恒星的引力压与温度已不足以催动氧、碳核聚变,由此太阳将寿终正寝。
这个阶段约需10亿年,期间,太阳渐渐膨胀为一颗红巨星,半径是原来的200余倍,此时的太阳引力已不足与聚集外围气体物质,这些气体物质不断喷射抛撒到太空,硝烟散尽,最终在核心部分只留下一颗与地球体积差不多,主要由处于电子简并态的碳、氧元素组成的白矮星,密度高达每立方厘米10吨。
那时,地球等行星的命运将不知所终。一般认为,水星和金星会被变成红巨星的太阳所吞噬,地球或被吞噬或被烤成一颗焦“土豆”。不过也有人认为,由于晚年的太阳引力减弱,地球等行星会飘向更远的深空,在漆黑酷寒的太空中成为冻结的冰球。
白矮星的寿命可达百亿年以上,如果没有新的质量吸积,就会慢慢冷却,最终成为一颗黑矮星。