木星撞击太阳会怎样？

迈赫兰·穆阿利姆

问题：

如果木星撞击太阳，那会发生什么？

答：随着太阳持续许多许多年的逐渐熄灭，将会发生难以想象的灾难。

首先感谢这种极其有趣的问与答。接下来，我会提到一些非常大的数字和惊人之处，虽然令人难以相信，但我们也要做好心理准备。就像天体物理学中的其他事物一样，这里的答案也是反直觉的。你给太阳添加燃料，它却渐渐熄灭。庞大的太阳质量抛射和超亮问题还有另外一个极端，下面我们也会讨论到。

请看右面的图片。你看到的太阳表面上的小球就是木星，它们是按照比例绘制的。我们很难相信，一个直径只有太阳直径1/10并且质量只有太阳质量1/1000的行星会给太阳带来明显的降温效果。这就像一只苍蝇落在一头大象上。构成木星的物质中9 0%是氢，这不是与太阳燃烧所需的燃料相同吗？它到底是怎样的构成？现实是，如果木星坠入太阳，它会吸收大量来自太阳的热量。假设我们将木星轻轻地放入太阳，让我们来计算一下：

木星的质量是1.989×1027千克;

太阳的质量是1.989×1030千克;

木星的平均温度为128K;

太阳表面的温度为5778K。

虽然木星大气中有10%的氦，但简单起见，我们假设它全部由氢组成。实际上，这是一个保守的假设，因为与氢相比，氦能产生更糟糕的影响。

效果1：电容冷却。加热氢至太阳表面温度的平均值大约需要17焦耳/千克开尔文。由此，我们就能计算出将木星1.989×1027千克的氢加热至5778K所需的总热量：1.91×1035焦耳。

这是一个巨大的能量！要知道，太阳的总功率是3.85×1026瓦。因此，加热木星至太阳表面

温度所需时间为15.8年。

这意味着木星坠入太阳后，太阳要消耗能源加热低温气体，这会导致太阳变暗，并且这一过程将长达近16年。如果你认为这很糟，那还有比这糟糕15倍的事情在等着你。

效果2：电离效应。太阳不仅仅是一个燃烧着的、由氢和氦构成的球体，它实际上是完全电离气体。木星上的气体不是电离态的，在它坠入太阳后，太阳的能量不仅要被用来加热气体，还要在氢融合到太阳之前电离氢原子。电离一个氢原子需要2.18×10-18焦耳的能量。让我们假设木星的所有质量都是氢（这是保守估计，因为电离木星中的氦需要更多的能量），因此，木星的氢原子数量为1.20×1054个，电离木星中的氢所需能量为2.61×1036焦耳，这相当于太阳全力输出功率214.9年。

这将会使太阳陷入黑暗中的时间延长近215年！因此，太阳表面将会变黑。在太阳核心，所有的核聚变会继续发生并产生能量，但这些能量将用于加热和电离普通的寒冷物质。在太阳摆脱黑暗、重新回到正常之前，它将完全陷入黑暗长达231年。在现实中，由于传热和介质阻力，这一过程可能会持续更长的时间。太阳会发光，但会在较长的一段时间内出现异常，比如在462年时间内减少50%的能量，等等。无论具体过程如何，这将是太阳系的一个大灾难。对一个寿命预期为45亿年或95亿年的重量级星球而言，这不过是沧海一粟、微不足道，但是对太阳系，特别是地球上的生命而言，这是一个致命的打击。长达数十年的黑暗可能会冻结所有的行星，并且会杀死地球上的大部分生物，唯一的例外也许是海底以地热为生的生命。

效果3：动能。问题中假设的场景是在没有详细说明的情况下木星坠入太阳。木星目前是绕太阳运行的，只要它有足够的动能就会一直绕行下去。在它坠入太阳之前，需要吸收能量或者改变行星的轨道。如果能量既没有被吸收也没有被带进太阳，木星合并到太阳所需要的能量将减少。让我们来计算一下能量：

木星质量是1.989×1027千克，平均轨道速度为13.1千米/秒，动能为1.71×1035焦耳。看来，这至少可以提供加热气体达到太阳表面温度所需的大部分能量。但是，在木星完全并入太阳之前，我们仍将有一个至少216.6年的完全黑暗时期。

还有最后一个细节。木星对太阳的燃料供给有多大贡献呢？这是微不足道的。木星质量只有太阳质量的1/1000，这样的质量对日益增加的重力核心的影响甚微，也不会导致燃烧加速。这些质量的加入会使太阳的生命延长1000万年，却无法改变太阳的燃烧率。但不幸的是，我们都将消失了！

另一个有趣的极端情况是木星急速下降。假设木星不是轻轻地下落至融入太阳，而是自它的轨道以自由落体坠入太阳。随着木星加速奔向太阳，它的重力势能必将转化为动能。换句话说，它仍然吸收来自太阳的能量，但是不会从放射物中吸取能量。让我们来计算一下这会提供多少能量：

太阳表面的逃逸速度是617.3千米/秒，木星轨道的逃逸速度是18.5千米/秒，木星在太阳表面的最终速度为617.0千米/秒，木星在太阳表面的动能为3.38×1038焦耳。

这是一个巨大的能量，等于太阳31000年的输出。它甚至会导致巨大的类似太阳爆炸时的日冕物质抛射。这对所有的行星将是灾难性的。同时，因为木星也是有重量的，太阳也会坠入木星（它们都落在质心）。所以，在这一过程结束时，太阳会有一个约100万千米的位移。

综上所述，现在有两个极端情形：一个是多年的黑暗与冰冻，另一个是超级明亮的太阳喷射大块的热物质和巨大的辐射进入太空。不管哪种情况，木星坠入太阳都将是灾难性的。而这些，都是科幻电影的素材和气体巨星的恩惠。