【原】多大的一桶水才能把太阳浇灭？

天文在线 2023-04-08 发布于云南

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再多的水洒在太阳上也不会使太阳熄灭。相反，任何数量的水都会导致太阳燃烧得剧烈。太阳的燃烧依靠的是核聚变，而不是化学燃烧。营火和烛光是化学燃烧的例子。在燃烧过程中，原子间的电子键被重新排列，而原子的原子核本身却没有任何变化。当你把水泼到营火上时，水会从燃料中吸收热量，使其冷却到反应无法持续的程度。

为什么燃烧需要高温呢?在新的化学键形成之前(这能释放所有能量，使火变得明亮和热)，原子之间现有的化学键必须首先被打破。分解现有的化学键需要能量。在自我维持的反应中，如燃烧，能量最常见的来源是由于高温而产生的热能。泼在营火上的水也会使其隔绝空气，即阻止空气中的氧气接触木材并参与反应，从而使其熄灭。

太阳不是一个巨大的营火。相反，太阳更像是一颗正在爆炸的巨型氢弹。在核聚变过程中，原子核被猛烈地挤压在一起，以至于它们粘在一起，形成新的、更重的原子核。虽然高温在将原子核撞得足够近，以至于发生核聚变这一过程中的确发挥了作用，但恒星核聚变的最终驱动力是高压。更准确地说，虽然温度和压力是紧密相连的，但最终是恒星内部的压力产生了高温，从而推动了聚变。这种高压是由恒星自身的重力造成的。

一个物体的质量越大，它产生的引力就越大。重力作用于一切，包括物体本身。简单地说，一颗恒星的质量如此之大，以至于它在引力作用下，把自己也挤压到了原子融合在一起的程度。

向太阳倒水只会增加太阳的质量，从而增加它的引力。这种更强的引力将会更猛烈地挤压太阳，导致更多的核聚变。一般来说，恒星的质量越大，它经历的核聚变就越多，每秒向太空释放的能量也就越多。这不仅仅意味着更多的质量意味着更多的原子融合在一起。更大的质量也意味着更大的引力将恒星更紧密地挤压在一起，从而促进已经存在的物质的融合。

因此，一颗恒星每秒的总能量输出(光度L)通常与质量m不成正比。事实上，对于质量接近太阳的恒星，其能量输出与质量的四次方成正比。这意味着将恒星质量翻倍，将使它每秒输出原来16倍的能量，并发出原来16倍的光!因此，把水洒在太阳上只会使它燃烧得更强更亮。值得注意的时，太阳是如此巨大，以至于把一桶相当于一个人大小的水倒入太阳，实际上也改变不了什么。为了让太阳的光度增加百分之一，我们必须注入相当于800个地球质量的水。简单地说，太阳是如此巨大，以至于我们弱小的人类无法做任何事情来改变它。

有趣的是，对于超大质量恒星(质量是太阳的20倍或更多)来说，光度和质量之间的关系是呈线性的。这是因为辐射压变得很重要。当一束光从表面反射回来时，它对表面施加一个很小的推力。由于这个原因，稳定的光对它所撞击的表面施加稳定的压力，这种压力被称为辐射压。在恒星中，恒星内部产生的光会照射到恒星的外层，并对这些外层施加向外的推力。

这样，向外的辐射压就可以抵消重力引起的向内压力和向外的气体压力。对于质量和太阳差不多的恒星来说，辐射压太小，不会产生太大的影响，而气体压力可以抵消重力压力。然而，在超大质量恒星中，核心发出的光如此之多，以至于光的向外的压力变得非常大。辐射压而不是气体压力成为了抵消重力的主要外部压力。给这样一颗恒星增加更多的质量并不会显著增加已经存在的物质的融合。它只是增加了更多的原子参与聚变。这就是为什么超大质量恒星的亮度-质量关系是线性的，而不是前文所说的：光度与质量的四次方成正比。

普通恒星和超大质量恒星之间有一个重要的区别。对于与太阳质量相当的恒星来说，质量的增加对引力的增加起主导作用。因此，无论你往这些恒星上扔什么，效果都是一样的。把一百个地球质量的水倒入太阳的效果和把一百个地球质量的汽油倒入太阳的效果差不多。虽然汽油比水更容易发生化学燃烧，但核聚变比燃烧的威力要大得多，汽油在太阳下的燃烧效果完全可以忽略不计。

相比之下，对于超大质量恒星来说，的增加质量有两个显著的影响:增加整体引力和提供更多的原子来聚变。在这些巨大的恒星中，辐射压能有效抵消重力，相比之下，提供更多的原子来聚变的效果变得非常显著。因此，向一颗超大质量恒星加入一百个地球质量的氢(聚变效果非常好)将大大提高它的亮度，这比加入一百个地球质量的铀效果好得多。总之，重要的不是化学性质，而是你加入的原子核的组成，因为在恒星世界中，化学效应比原子核效应要小得多。