问题 问答题

太阳现正处于主序星演化阶段。它主要是由电子和等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应,核反应方程是释放的核能,这些核能最后转化为辐射能。根据目前关于恒星演化的理论,若由于聚变反应而使太阳中的核数目从现有数减少10%,太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段。为了简化,假定目前太阳全部由电子和核组成。

(1)为了研究太阳演化进程,需知道目前太阳的质量M。已知地球半径R=6.4×106 m,地球质量m=6.0×1024 kg,日地中心的距离r=1.5×1011 m,地球表面处的重力加速度g=10 m/s2,1年约为3.2×107秒,试估算目前太阳的质量M

(2)已知质子质量mp=1.6726×1027 kg,质量mα=6.6458×1027 kg,电子质量me=0.9×1030 kg,光速c=3×108 m/s。求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能。

(3)又知地球上与太阳垂直的每平方米截面上,每秒通过的太阳辐射能w=1.35×103 W/m2。试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命。(估算结果只要求一位有效数字。)

 

答案

(1)2×1030 kg        (2)4.2×1012 J  (3)1百亿年

(1)估算太阳的质量M

设T为地球绕日心运动的周期,则由万有引力定律和牛顿定律可知

                             ①

地球表面处的重力加速度

                                     ②

                             ③

以题给数值代入,得M=2×1030 kg                       ④

(2)根据质量亏损和质能公式,该核反应每发生一次释放的核能为

E=(4mp+2memαc2                       ⑤

代入数值,得

E=4.2×1012 J                                ⑥

(3)根据题给假设,在太阳继续保持在主序星阶段的时间内,发生题中所述的核聚变反应的次数为                                ⑦

因此,太阳总共辐射出的能量为

EN·△E

设太阳辐射是各向同性的,则每秒内太阳向外放出的辐射能为

ε=4πr2w                                 ⑧

所以太阳继续保持在主星序的时间为

                                      ⑨

由以上各式解得

以题给数据代入,并以年为单位,可得

t=1×1010年=1百亿年   

判断题
单项选择题