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为什么地核比太阳表面热?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2020-12-23 09:05:32

这对我们来说是反直觉的,因为我们无法在头脑中理解地球或太阳的大小。热传导速率对我们日常接触的物体来说从来都不是什么大问题。但对于越来越大的物体来说,这很重要。

流出物体的热量与表面积成正比,而热量的含量与体积成正比。因此,一个物体损失一部分热量所需要的时间与半径成比例地增加(这是一个非常简化的球形均匀物体,但它是一个很好的近似的一般思想)。这就是为什么行星和恒星需要很长时间冷却的原因。

如果你在大的物体中加入一点能量产生,在很长一段时间内,它们的平衡温度会非常高。这就是为什么地心的少量放射性衰变很重要。事实上,地球太大了,地幔的主要传热方式是对流,而不是传导,即使地幔是固体的!物料的移动速度约为20mm/年。这就是为什么地核如此热的原因,因为它不能迅速失去热量,即使它是通过放射性衰变以很小的速率产生的。

有时人们把太阳想象成一个每时每刻都有核弹爆炸的地方。不客气。太阳的大部分体积不发生聚变。它只是核心的一个小区域,事实上99%的能量来自太阳体积的2%的区域。即使在那里,能量密度也非常低,峰值功率的产生与堆肥堆的体积热量产生相当。太阳的核心比堆肥堆要热得多,因为它内部持续不断地积累能量,经过很长一段时间,它不能迅速失去热量。但是它的表面在不断地散热,所以它的温度要比内核低得多。

为什么地核比太阳表面热?

另一个与直觉相反的结果是,庞大的规模会导致系统的发展非常缓慢。据估计,太阳核心产生的光子需要1万到17万年才能到达太阳表面。对流并不发生在太阳的核心,它主要通过辐射失去热量。所以氢产生的氦在这里聚集而外部的氢不能取代它。这就是为什么太阳只消耗了开始时的一小部分氢就会死亡。如果太阳更小,情况就不一样了。根据最好的模型,质量小于某一临界值的恒星是对流的,其持续时间比太阳长得多,有时可达万亿年。

太阳表面比地核冷的原因是它能不断地散发热量,另一方面,地核不能足够快地失去放射性衰变产生的热量。
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