李志宏的博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/zhli401

博文

太阳多少岁了? 精选

已有 6014 次阅读 2022-10-13 10:12 |系统分类:科普集锦

前面的博文中谈到我们可以用恒星通过氢燃烧(4个氢转换成一个氦的过程)产生的总能量除以恒星的光度(恒星每秒辐射的能量)来计算恒星的寿命。有读者对太阳现在的年龄感兴趣,希望知道科学家是如何得到太阳的年龄的。本文就回应一下这一问题,介绍两种获得太阳年龄的方法。

第一种方法同计算寿命的方法类似假设太阳从诞生之时一直在进行氢燃烧过程,我们就可以推断出太阳的年龄等于核聚变产生的氦的总量除以每秒钟产生的氦量。从太阳的光度知道太阳内部每秒钟有多少氢转换成氦,方法是利用太阳的光度3.85×1026瓦特除以产生一个氦放出的能量(26.7 MeV,转换为焦耳得到4.27×10-12),可以计算出太阳每秒钟增加的氦的数目为9.0×1037个。每个氦的质量为6.64×10-27 公斤,可以计算出每秒钟转换成氦的质量为:5.98×1011 公斤

过去50年来对太阳的研究,已经让科学家们可以通过一种叫作日震学的方法来研究太阳的内部。太阳的压力波会让太阳像一个铃。分析它的震动方式就能够算出它的组成。这个方法有点像敲击一个物体,看它是不是空心的。研究表明,太阳所有物质的4.2%是由氢燃烧转变产生的氦构成的。图1展示了从太阳中心到外围氦的密度变化。你能看到,越往中心,氦含量就越高。表面的氦含量在27%左右趋于平稳,这和太阳刚形成时的组成有关。图中半径小于0.2的阴影部分就是因氢燃烧产生的氦,约占太阳质量的4.2%。因此,太阳因氢燃烧增加的氦的质量为0.042×1.99×1030 = 8.36×1028公斤,其中1.99×1030 公斤为太阳的质量。

image.png

图1. 太阳中氦的含量分布,纵坐标为氦含量,横坐标为在太阳中的相对位置。

由上述得到的氦增加的总量和每秒钟产生氦的质量,我们可以计算得到太阳的年龄为:8.36×1028/5.98×1011, 等于1.4×1017秒,约为44.3亿年。

第二种方法是利用放射性核素的衰变纪年法。这种方法是找到一些在太阳系形成初期的陨石、矿物,如果这些陨石和矿物不再同外部进行物质交换,我们就可以用其中的长寿命放射性性核素,比如铀、钍的衰变规律来确定陨石或矿物的年龄。放射性衰变的公式为:N=N0e-λt, 其中N为当前放射性核的数目,N0为放射性核的初始数目,λ为放射性核的衰变常数,它可以通过实验测定。因此,我们用质谱仪测量样品中放射性元素的含量N,再通过衰变子体的数目定出原始放射性核的数目N0,就可以通过公式计算样品存在的时间。实际操作时,可以用样品中不同的放射性核素进行交叉检验,以达到更加准确的实验结果。图2给出了美国地质学家、地球化学家克莱尔.卡梅伦.帕特森给出的实验结果。根据这一结果,太阳系的年龄为45.5亿年。

image.png

图2. 使用同位素纪年法获得的太阳系年龄

这两种方法给出的实验结果基本一致,而放射性方法给出的精度更高。因此,我们可以得出结论,太阳现在已经45亿岁了,相比它的寿命100亿年,当前它正处于它生命的中间阶段。



https://blog.sciencenet.cn/blog-3480465-1359235.html

上一篇:恒星的寿命有多长?
下一篇:太阳系的形成
收藏 IP: 202.38.9.*| 热度|

11 汪强 刁承泰 郁志勇 郑永军 白龙亮 许培扬 曹俊兴 李陶 信忠保 黄永义 池德龙

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (4 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2023-2-5 21:53

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部