太阳的年龄,科学家怎么计算太阳的年龄的

“我怎样才能用经典物理学计算太阳的年龄呢?我知道它的寿命估计有100亿年,但这是计算出来的吗?

它需要运用比经典物理学再多一点的知识,但你仍然可以通过一个非常简单的计算来估计太阳的寿命。

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首先,如果你想知道太阳的当前年龄(大约50亿年),这个数字是由太阳系中已知与太阳同时形成的物体的放射性年代测定出来的,如前一个问题的答案所述。

正如你所说,太阳在变成红巨星之前的总寿命大约是100亿年(也就是说,从现在起大约50亿年后会发生转变)。这可以通过假设,太阳会“死亡”于为了保持其发光而耗尽能量。发生这种情况的时间大致上是太阳能转化为光的总能量除以太阳释放能量的速率,或者:

寿命=(能量)/(太阳释放能量的速率[能量/时间])

太阳释放能量(其亮度)的速率大约是3.8 x 1026瓦特(这是数字38,后跟25个零——相当多的灯泡!)这个数字可以通过测量太阳从地球上出现的亮度以及它与我们之间的距离来确定。

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太阳必须燃烧的总能量需要一点额外的知识(例如,一些核物理学)才能理解。我们知道太阳是通过核心的核反应而发光的,这个核反应把四个氢原子转变成一个氦原子。如果你看一个周期表,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要轻一些;大约0.7%的原始质量已经“消失”。这个“缺失的质量”转化为能量,这就是使太阳发光的能量。因此,利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,我们得出太阳中的可用能量是:

E = 0.007 x M c2

在这个公式中,c是光速,m是太阳中能够经历上述核反应的质量。

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现在,事实证明只有太阳的中心部分处于足够高的温度下,才能真正经历这些反应。你需要使用一个太阳结构的详细模型,来精确地计算出多少太阳(太阳的多少部分)处于足够高的温度下,但是如果我们只是在估计一些事情,我们可以说,太阳质量的10%左右是在太阳的中心部分,那里足够热,可以发生核反应。然后我们有:

E = 0.007 x 0.1 x Msun c2

式中,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 x 1044焦耳。将3.8x 1026瓦(太阳释放能量的速率)除以这个数字,太阳的寿命大约为100亿年。

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相关知识-生命周期

太阳是在大约45.7亿年前在一个坍缩的氢分子云内形成。太阳形成的时间以两种方法测量:太阳目前在主序带上的年龄,使用恒星演化和太初核合成的电脑模型确认,大约就是45.7亿年。这与放射性定年法得到的太阳最古老的物质是45.67亿年非常的吻合。

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太阳在其主序的演化阶段已经到了中年期,在这个阶段的核聚变是在核心将氢聚变成氦。每秒中有超过400万吨的物质在太阳的核心转化成能量,产生中微子和太阳辐射。以这个速率,到目前为止,太阳大约转化了100个地球质量的物质成为能量,太阳在主序带上耗费的时间总共大约为100亿年。

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