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史蒂文森2-18能装下1亿亿个地球,假如地球也有这么大会怎么样?

太阳的体积是地球的大约130万倍,对于我们人类而言,太阳无疑是一个庞然大物,然而在宇宙众多恒星之中,太阳其实也算不大,与已知最大的恒星“史蒂文森2-18”(Stephenson 2-18)相比,太阳可以说是小得可怜。

史蒂文森2-18是一颗“红特超巨星”,在天空中位于盾牌座,距离我们大约2万光年,观测数据显示,这颗星球的半径约为15亿公里,这大约是太阳半径的2158倍,也就是说,它的体积大约是太阳的100亿倍,地球的1.3亿亿倍。

即使将“球体堆积”问题考虑在内,史蒂文森2-18也能轻松装下1亿亿个地球,那么问题来了,假如地球也有这么大会怎么样呢?

如果地球真的有这么大,那它的表面积就将会高达2826亿亿平方公里,如果以目前地球上的人类数量来计算,那么平均每人可分到40亿平方公里,相对而言,现实中的地球表面积只有5.1亿平方公里,也就是说,平均每人大概可以分到相当于“现实地球”8倍的表面积。

我们平常乘坐的客机,其飞行速度一般为每小时900公里,以这样的速度,我们需要大约1195年才能绕着这个“巨型地球”飞一圈,就算以光速飞行,也需要大约8.73个小时。

不得不说,这样的“巨型地球”实在是令人感到心驰神往,然而它只可能存在于我们的想象之中,因为宇宙中根本不可能存在如此巨大的岩石行星,就算地球突然变得像史蒂文森2-18那么大,它也不可能保持稳定。

从本质上来讲,宇宙中的众多星球都是大量物质在引力作用下凝聚而成的天体,而引力在保证构成星球的物质不至于分崩离析的同时,也会让星球本身具有向内坍缩的趋势,所以在星球的内部必须要有力量与自身的引力抗衡,否则的话,星球就会发生引力坍缩。

对于像地球这样的岩石行星来讲,其抵挡引力坍缩的力量就是物质之间的电磁力,但一个天体的质量越大,其引力也就越强,如果天体的质量大于等于太阳质量的大约8%,那物质之间的电磁力就无法抵挡引力了。

没有了足够强的力量支撑,天体就会发生引力坍缩,其体积将会不断缩小,这就会造成天体内部的温度和压强迅速上升,当达到一定程度的时候,一些相对较轻的元素就会发生核聚变。

在宇宙中的众多元素中,氢元素的核聚变条件是最低的,与此同时,氢元素的丰度还高得离谱,其质量大概占到了可观测宇宙的73.9%。

所以当宇宙中的物质通过引力凝聚成一个质量较大的天体时,通常都会含有大量的氢元素,在这种情况下,氢的核聚变就会首先被“点燃”。

核聚变产生的能量会形成一种向外的“辐射压力”,这可以抵挡引力所造成的坍缩,当“辐射压力”与引力达到平衡时,天体就会稳定地发光发热,这样的天体其实就是宇宙中很常见的恒星。

这个“巨型地球”的质量显然已经远远地超过了电磁力所能支撑的极限,所以它也会发生引力坍缩。

然而地球上的氢元素的丰度却非常低,其质量大概只有地球质量的0.14%,之所以会这样,是因为地球的引力不足以束缚住氢气。这就意味着,“巨型地球”并没有足够的氢元素来参与核聚变,那还有没有其他的元素可以发生核聚变呢?我们接着看。

根据科学家的估算,从整个地球来看(注意是“整个地球”,而不是地壳),丰度排名前五的元素分别为铁、氧、硅、镁、硫,它们的质量分别占地球质量大约32.1%、30.1%、15.1%、13.9%、2.9%。

相信大家都知道,铁元素被称为恒星核聚变的“终点”,其原因就是对于铁以及比铁更重的元素来讲,它们的核聚变并不会释放能量,反而会吸收能量,所以丰度最高的铁元素并不能给“巨型地球”提供抵挡引力坍缩的能量。

从理论上来讲,比铁更轻的元素都可以通过核聚变释放出能量,但问题在于,地球上大多数的铁元素本来就位于其核心区域,除此之外,在“巨型地球”发生引力坍缩的过程中,其自身物质的引力势能将以热量的形式释放,这很快就可以让整颗星球都处于一种熔融状态。

在这种情况下,“巨型地球”的物质就会发生“重力分异”,即相对较重的元素“下沉”,而相对较轻的元素“上浮”,而构成地球的主要元素中,铁元素相对较重,所以它们就会迅速“下沉”到星球的核心。

也就是说,随着引力坍缩的持续,“巨型地球”绝大部分的铁都会集中在其核心区域。

需要知道的是,当一个天体的质量达到一个极限值的时候,如果其核心没有核聚变反应产生的“辐射压力”,那么就没有任何力量能量抵挡引力坍缩,在这种情况下,这个天体就会坍缩成一个黑洞。这个极限值也被称为“奥本海默极限”,一般认为是太阳质量的3.2倍。

已知太阳的质量大约是地球的33万倍,史蒂文森2-18则能装下1亿亿个地球,地球质量的32.1%都是铁,我们不用仔细计算也可以知道,假如地球也有史蒂文森2-18这么大,那它的铁质核心就远远地超过了“奥本海默极限”,而由于其内部不会产生“辐射压力”,因此这个铁质核心就会不可避免地坍缩成黑洞。

作为宇宙中引力最强的天体,黑洞可以吞噬其附近的任何物质,所以我们不难想象,在一个黑洞出现在这个“巨型地球”的内部之后,它外层的物质也将被这个黑洞吞噬殆尽,这颗星球最终将演化成一个质量超级大的黑洞。

好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见。

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