“我怎样才能用经典物理学来计算太阳的年龄?我知道它的预期寿命估计为100亿岁,但这是经过计算的吗?它需要比经典物理学多一点的知识,但是你仍然可以通过一个非常简单的计算来估计太阳的寿命。
首先,如果你想知道太阳的当前年龄(大约50亿年),这个数字是由已知在太阳系中与太阳同时形成的物体的放射性年龄决定的,如前一个问题的答案所述。正如你所说,太阳变成红巨星之前的总寿命约为100亿年(也就是说,从现在起约为50亿年)这可以通过假设太阳将“死亡”以维持其光能消耗来假设发生这种情况的时间大致是从太阳能转换成光的总能量除以太阳释放能量的速率,或者:
生命=(能量)/(太阳释放能量的速率)太阳必须燃烧的总能量需要一些额外的知识(例如,一些核物理)来理解。我们知道太阳通过核心的核反应发光,核反应将四个氢原子转化为一个氦原子。如果你看周期表,你会发现一个氦原子的质量比四个氢原子加在一起的质量轻。大约0.7%的原始质量已经“消失”这种“缺失的质量”被转化为能量,这种能量使太阳发光。因此,用爱因斯坦著名的公式e=mc2来计算质量和能量之间的转换,我们可以得到太阳的可用能量是
E = 0.007×M c 2
。在这个公式中,c是光速,m是太阳中能够进行上述核反应的质量现在,事实已经证明,只有当太阳的中心部分处于足够高的温度时,这些反应才能真正发生。你需要使用一个详细的太阳结构模型来精确计算多少个太阳(太阳的一部分)处于足够高的温度,但是如果我们只是估计一些东西,我们可以说大约10%的太阳质量在太阳的中心部分,在那里它足够热以至于核反应发生。那么我们有:
e = 0.007 x 0.1 x msun c 2
,其中msun是太阳的总质量,2 x 1030千克因此,我们可以计算出太阳必须燃烧的总能量约为1.3×1044焦耳。用这个数字除以3.8×1026瓦(太阳释放能量的速率),太阳的寿命大约为100亿年。
-4相关知识生命周期太阳形成于大约45.7亿年前的一个坍塌的氢分子云中太阳的形成时间是用两种方法测量的:由恒星演化和原始核合成的计算机模型证实的主序列带中太阳的当前年龄大约为45.7亿年。这与通过放射性年代测定获得的45.67亿年来太阳中最古老的物质非常一致。
太阳在其主序列的演化阶段已经到了中年。这个阶段的核聚变是将氢在核心凝结成氦。每秒钟超过400万吨的物质被转化为太阳核心的能量,产生中微子和太阳辐射。以这个速度,到目前为止,太阳已经将大约100种地球质量的物质转化为能量,太阳在主序列带上的总时间大约是100亿年。