如果将太阳浸泡在一个比它体积更大的水球里面,它会熄灭吗?



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如果将太阳浸泡在一个比它体积更大的水球里面,它会熄灭吗?


对于地球观察者来说 , 太阳还真的会被“浇灭”了 。
不过 , 是暂时的 。
即便对于和太阳相同体积的水来说 , 质量也高达太阳的1/1.408 。 (太阳密度1.408X103千克/立方米 , 水密度103千克/立方米)
太阳质量1.9891X10^30千克 , 可知 , 这些水的质量至少1.4127X10^30千克 。
把这些水加热 , 并最终成为数千度的等离子体 , 吸收的能量可达:2.5X10^38J
有人一直对这里水取了103的密度耿耿于怀 , 我这里解释一下:
水的确在低压和高压下会有密度变化 , 但变化幅度只有20% , 且最高密度略高于103 , 最低密度为0.8倍103 , 这是水液相分子间距和排序所决定 , 分子密度更高则会固相化 。
对于质量达到10^30的纯水球来说 , 最内部压强高达1亿个大气压强(1万GPa) 。 而常温下的水 , 早在1Gpa就会转化成冰Ⅵ(温度越低转变越快) , 超过2Gpa , 转变成冰Ⅶ , 达到1000GPa , 转化成冰Ⅺ(低超低温下只需要数Gpa) 。 高达1万GPa时 , 分子键破裂等离子体化 , 此时温度也极高 , 足以发生核聚变 。 这还不考虑太阳引力 , 考虑太阳引力(太阳表面引力加速度是地球的28倍) , 压强可达到28万GPa 。
所以说 , 常规引力下 , 太阳那么大的水球是不可能合理存在的 。
那么 , 这个体量的水球 , 就必须是一个理想水球 , 它才能整体维持成液相的状态 。 实际题面的本意 , 本身就是倾向于理想水球的 。 只不过理想水球在被“释放”的刹那 , 则需要考虑所有受力情况 。
水等离子体化吸收的能量 , 计算过程如下 , 不爱看演算过程的可以跳过:
根据水的温度不同(0℃~100℃) , 水汽化所需的能量约为3.193X10^36J~3.786X10^36J 已知水蒸气加热到2000℃左右 , 会分解为氢气和氧气 。
升温过程中水蒸气比热容降低 , 加热到临界点 , 至少需要能量约为:3X10^36J 1摩尔水蒸气分解成氧气和氢气 , 吸收241.8kJ热量 。
可知 , 所有水蒸汽解体为氢气和氧气 , 所需的能量约为:1.3433X10^37J
保守估计 , 这些氧气和氢气加热到电离临界点(接近太阳表面温度6000℃) , 所需能量约为:2X10^37J
氧气电离两个电子以及氢气电离 , 需要的能量约为:2X10^38J
总计:这些水从加热 , 一直到成为等离子态 , 大约需要2.5X10^38J的能量 。
已知 , 太阳每秒钟释放的总辐射能量为:4x10^26J
那么 , 太阳原始辐射强度下 , 等离子体化这些水的时间为:6.25X10^11s , 合19818年 。
不过这些水为太阳至少增加了70%的质量 , 如此多的质量下 , 太阳核心压力和温度升高、核聚变强度和体积都会相应地增加 。
如图所见 , 太阳聚变发生于核心内 , 温度高达1500万K , 气压高达3000亿个标准大气压(核心区外部的压力和压强不足以发生核聚变 , 所以此时的太阳外部是不会发生核聚变的) 。
新增加的70%重量迫使辐射区位置向内部挤压 , 大量辐射区转化成核心区 , 会大大增加核心区体积 。
已知天狼星是太阳质量的2倍左右 , 核辐射能力却是太阳的25倍 , 可知增加70%的质量 , 太阳至少可以增加10倍的辐射强度 。
【如果将太阳浸泡在一个比它体积更大的水球里面,它会熄灭吗?】那么 , 水等离子体化的时间将缩短到2000年左右(对于裹住太阳的水来说 , 超过一定极限时 , 增加的水质量越多 , 核心辐射越强 , 水等离子体化的时间反而会缩短) 。
一开始 , 水全部包裹太阳的时候 , 几乎所有太阳辐射都被水所吸收 。
对于此时的地球人来说 , 太阳是真的被浇灭了 。 (可见光在水中会衰减 , 对于厚度达到数十万公里的水来说 , 地球人已经完全看不见太阳了 。 )
这个黑暗期长达20年以上 , 太阳的消失 , 对于万千生命来说就是世界末日 。
绝大部分的动植物都在这20年黑暗中灭绝 , 人类凭借核工业苟延残喘 。

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