一立方厘米中子星物質(zhì)來到地球,會(huì)在大氣層燒完,還是會(huì)砸穿地球?
發(fā)布時(shí)間:2021-09-10
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中子星物質(zhì)離不開中子星環(huán)境,更不會(huì)來到地球,因此不存在燒不燒得完的問題,這個(gè)問題無解。

中子星不屬于普通恒星范疇,是恒星死亡后的殘骸,也可以說是尸骸。恒星尸骸有4種,即黑矮星、白矮星、中子星、黑洞。黑矮星是小質(zhì)量恒星紅矮星的尸骸,由于紅矮星壽命超長,至今還沒有這種尸骸存在;白矮星是太陽類中小恒星的尸骸,宇宙中有不少,大約占恒星總數(shù)的約10%;中子星是太陽質(zhì)量8~30倍中大質(zhì)量恒星的尸骸,黑洞是太陽質(zhì)量30~40倍以上恒星死亡后的尸骸。

白矮星和中子星物質(zhì)是特殊的簡并態(tài)物質(zhì)

所謂簡并態(tài),就是極端壓力下,組成地球常態(tài)物質(zhì)的原子被壓垮了,成為一種特別的致密物質(zhì)。原子本來是由原子核和外圍電子組成的,原子核占據(jù)了原子99.96%的質(zhì)量,體積卻只有原子的數(shù)千億到萬億分之一。

這就是說原子核和電子外殼之間,有一個(gè)巨大的空間,這樣原子一被壓垮,物質(zhì)就變得非常致密。這就是白矮星和中子星物質(zhì)密度極大的原因。

根據(jù)量子力學(xué)的泡利不相容原理,費(fèi)米子粒子都有相互排斥的性質(zhì),就像小孩子玩耍不愿意擠在一起,一靠近就相互排斥。電子、質(zhì)子、中子都屬于費(fèi)米子粒子,因此當(dāng)原子電子外殼被壓垮后,這些基本粒子就相互排斥,盡量不讓大家相互靠攏,這種相互排斥會(huì)形成一種壓力,就叫簡并壓。

簡并壓越到深層次越大,白矮星是靠電子簡并壓支撐著巨大引力壓的,也就是原子的電子外殼還存在,只是被壓縮小了,壓縮到一定程度,電子與電子之間不相容就形成了某種支撐力,抵御住了引力壓力,讓原子核與電子之間還保持著一定空間,原子核就還保持完整。這樣,白矮星的密度就只有1~10噸/cm^3,相對中子星就要差一大截。

當(dāng)白矮星達(dá)到錢德拉塞卡極限,也就是太陽質(zhì)量的1.44倍時(shí),電子簡并壓就無法支撐增大的引力壓了,電子簡并壓就被摧毀了,電子與原子核之間的空間就沒有了,電子無可奈何地被壓縮進(jìn)了原子核。

電子帶負(fù)電,原子核里的質(zhì)子帶正電,原子外圍電子數(shù)與原子核質(zhì)子數(shù)正好一致,這樣正負(fù)電荷一中和,質(zhì)子也變成了中子。原子核本來就是中子和質(zhì)子依靠強(qiáng)力捆綁在一起的,現(xiàn)在質(zhì)子也變成了中子,整個(gè)星球就變成了全部由中子組成的一個(gè)大中子核,由此,這個(gè)星球就是中子星。

中子之間有著比電子更強(qiáng)大的中子簡并壓,勉強(qiáng)支撐著中子星的形態(tài)。因此中子星的密度就相當(dāng)原子核,甚至比原子核還要緊密,這種物質(zhì)就被叫做中子簡并態(tài)物質(zhì),

白矮星體積約有地球大小,質(zhì)量在太陽0.5倍以上到1.44倍以下;中子星質(zhì)量達(dá)到了太陽的1.44倍以上到3倍左右,體積半徑卻只有10km左右,因此密度就比白矮星高多了,達(dá)到10億噸左右1立方厘米。

當(dāng)中子星的質(zhì)量更大,達(dá)到奧本海默極限,也就是約3個(gè)太陽質(zhì)量以上時(shí),這種依靠中子之間的斥力形成的中子簡并壓也就支撐不住強(qiáng)大的引力壓了,就會(huì)突然被壓縮,專業(yè)的說法就是坍縮或塌陷,成為一顆更深層次簡并壓支撐的夸克星,或者直接坍縮成一個(gè)黑洞。

迄今為止,人們并沒有發(fā)現(xiàn)夸克星的存在,因此一般認(rèn)為中子星質(zhì)量超越奧本海默極限,就會(huì)直接坍縮成一個(gè)黑洞。

所謂錢德拉塞克極限和奧本海默極限,以及泡利不相容原理,在過去文章中已多次有過介紹,這里就不贅述了。

中子簡并態(tài)物質(zhì)不可能脫離中子星存在

從上述白矮星和中子星形成的條件,我們可以得出不管是電子簡并態(tài)物質(zhì)還是中子簡并態(tài)物質(zhì),都不可能脫離它們存在的條件而獨(dú)立存在。因?yàn)橐坏┟撾x了特定的條件,它們存在的巨大引力壓就不存在了,這些物質(zhì)就無法保持簡并壓,而是會(huì)迅速地膨大恢復(fù)到原子狀態(tài),成為我們地球上存在的由中性原子組成的正常物質(zhì)。

而白矮星或中子星,都是環(huán)境極其惡劣的天體,從目前人類掌握的科學(xué)技術(shù)來說,只能遠(yuǎn)遠(yuǎn)地觀測,而無法靠近。尤其是中子星,是一種極其可怕的天體,其引力僅次于黑洞,表面重力可達(dá)地球的數(shù)千億倍,逃逸速度最高需要達(dá)到一半光速,也就是15萬km/s。

不要說飛船,如果一個(gè)人被中子星引力捕獲拉拽過去,最終高速撞上中子星表面的能量可達(dá)數(shù)億噸烈性炸藥的威力,也就是約2萬顆廣島原子彈威力。即便這種恐怖威力的爆炸,在中子星上也會(huì)被其強(qiáng)大的重力所壓制,掀起的波瀾高度還不如一個(gè)塵埃。

中子星的溫度可達(dá)數(shù)千億到上萬億度,表面大氣壓比地球地心壓力大10^21倍(10萬億億倍),磁場比地球強(qiáng)大數(shù)十億倍。由于中子星繼承了原恒星的角動(dòng)量,一般都高速旋轉(zhuǎn),最快每秒可達(dá)數(shù)千轉(zhuǎn)。由于其磁極與自轉(zhuǎn)軸有一定的偏離角度,因此強(qiáng)大的電磁脈沖就像旋轉(zhuǎn)的燈塔一樣,不停地向太空掃射,掃過地球,就被射電望遠(yuǎn)鏡所捕捉,就成為被發(fā)現(xiàn)的脈沖星。

因此所謂脈沖星,就是中子星掃過太空的電磁脈沖信號被人類捕捉后的名稱。

中子星在這樣強(qiáng)大的重力和壓強(qiáng)等極端條件下,表面光滑得連一個(gè)灰塵突起都沒有,怎么會(huì)有中子星物質(zhì)脫落呢?

中子簡并態(tài)物質(zhì)脫離中子星后的變化

迄今為止,比較確定的只有一種方法能夠讓中子簡并態(tài)物質(zhì)脫離中子星,這就是中子星與中子星相撞。至于中子星通過吸積質(zhì)量達(dá)到上限,會(huì)不會(huì)發(fā)生爆炸,將中子簡并態(tài)物質(zhì)拋離中子星,迄今還沒有這方面的觀測數(shù)據(jù)和研究數(shù)據(jù)。

2017年8月17日,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)距離我們1.3億光年的兩顆中子星相撞引發(fā)的引力波,并觀測到了強(qiáng)大的伽馬射線暴。通過科學(xué)建模,科學(xué)家們認(rèn)為這個(gè)編號為GW170817的引力波事件,兩顆中子星撞下的碎塊,形成了了一些氫氦等輕元素,以及金銀銅鐵鎢鎳鉛等重金屬元素物質(zhì),其中的黃金就有300個(gè)地球質(zhì)量之多。

不要以為300個(gè)地球質(zhì)量很大,對于中子星的損失來說很小。中子星的質(zhì)量下限為1.44倍太陽質(zhì)量,而地球質(zhì)量只有太陽的33萬分之一,兩顆中子星相撞撞下了300個(gè)地球質(zhì)量,也不過它們質(zhì)量總和的數(shù)千分之一而已。

可見,中子簡并態(tài)物質(zhì)一脫離中子星,失去了強(qiáng)大引力壓的束縛,就會(huì)變成常態(tài)物質(zhì)。但它們不是一脫離就突然變成的,而是有一個(gè)過程。首先,被撞擊脫離的中子簡并態(tài)物質(zhì),一離開中子星引力壓力的束縛,就會(huì)急劇膨脹,膨脹體積達(dá)到原先的數(shù)千到上萬倍,這種膨脹當(dāng)然會(huì)伴隨著爆炸,這是第一次爆炸。

第一次爆炸后,此時(shí)的物質(zhì)還不是常態(tài)物質(zhì),只是成團(tuán)的中子集合群,依然是中子態(tài)。

此時(shí)它們內(nèi)部正發(fā)生著貝塔衰變。這個(gè)過程大概需要15分鐘。當(dāng)這個(gè)過程完成后,會(huì)發(fā)生更大的膨脹,也就是更加猛烈的爆炸,在爆炸中物質(zhì)恢復(fù)到常態(tài),形成了由中性原子組成,各種地球上存在的物質(zhì)了。

一般認(rèn)為,地球上的黃金等貴重金屬,主要就是來自宇宙這種事件。這些貴重金屬飄蕩在宇宙中,在地球形成時(shí)凝聚進(jìn)入地球深處,或以隕石雨轟擊方式進(jìn)入到地殼中。到了今天,這些漂浮在太空的貴金屬,還會(huì)以流星隕石的方式掉落到地球上。

因此,中子星物質(zhì)不可能來到地球大氣層

說到這里,大概大家應(yīng)該已經(jīng)明白了,中子星物質(zhì)為啥不可能進(jìn)入地球大氣層了吧?現(xiàn)在發(fā)現(xiàn),距離我們最近的中子星,也有數(shù)百到上千光年,中子星物質(zhì)脫離中子星的條件只有中子星相撞,撞出的碎塊15分鐘就會(huì)衰變成正常物質(zhì),因此地球上空怎么可能會(huì)有那種極高密度的中子簡并態(tài)物質(zhì)光臨呢?

既然沒有,一定要說進(jìn)入大氣層會(huì)怎么樣,那就沒多少意思了。但有些人硬要堅(jiān)持窮追不舍,那么我就幻想一下,真有那么一湯匙中子星物質(zhì)在大氣層衰變,會(huì)是個(gè)什么后果呢?

那肯定就不是燒不燒得完中子星物質(zhì),而是會(huì)不會(huì)把地球燒完的問題了。

我們假定這塊中子簡并態(tài)物質(zhì)為1立方厘米,一般來說,中子星物質(zhì)發(fā)生衰變轉(zhuǎn)化為物質(zhì),會(huì)發(fā)生質(zhì)量虧損,這個(gè)虧損和核裂變差不多,約為0.1%。若這個(gè)中子星物質(zhì)密度在10億噸/cm^3,衰變轉(zhuǎn)化為常態(tài)物質(zhì)的過程虧損質(zhì)量則約100萬噸。

虧損的物質(zhì)會(huì)轉(zhuǎn)化為能量釋放出來,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程E=MC^2來計(jì)算,這個(gè)能量約為9*10^25J(焦耳),相當(dāng)2.15億億噸TNT炸藥的爆炸威力(每噸炸藥能量約為4184000000J),也就是約16500億顆廣島原子彈(每顆約13000噸TNT當(dāng)量)同時(shí)爆炸的威力。

世界各國現(xiàn)在擁有的核彈頭加起來總當(dāng)量也就約100億噸TNT當(dāng)量,這1立方厘米中子星物質(zhì)釋放出來的能量相當(dāng)人類擁有全部核彈總量的2億多倍,或相當(dāng)于215顆6500萬年前撞擊地球,導(dǎo)致恐龍滅絕小行星的撞擊威力,這樣的爆炸,菌類恐怕都被炸沒了,就別說人類了。

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