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银河系一年到底辐射多少能量?我算了一晚上,数字大到我开始怀疑人生

昨天晚上睡不着,突然想到一个问题:银河系每秒钟都在往外辐射能量,那一整年下来,这个数字得有多大?

我爬起来翻了几篇天体物理学的文献,越算越觉得人类实在是太渺小了——不对,应该说是人类的计数系统太不够用了。

先从太阳说起,这个数字比较好理解

我们天天晒太阳,对太阳的功率其实没什么概念,太阳每秒钟通过核聚变释放的能量,大约是8×10²⁶瓦特,这个数字写出来是这样的:

380,000,000,000,000,000,000,000,000 瓦

说实话,这么一长串零我看着都眼晕,放在生活里类比一下,太阳一秒钟释放的能量,够全人类以目前的消耗水平用上几十万年,不是几十天,不是几十年,是几十万年。

那太阳一年的辐射能量是多少?简单乘一下就行:

8×10²⁶ 瓦 × 365天 × 24小时 × 3600秒 ≈ 2×10³⁴焦耳

这个数字已经大到开始失去意义了,但太阳只是银河系里的一颗普通恒星,甚至算不上大的。

银河系有多少颗恒星?查资料查到头皮发麻

目前的观测数据估算是,银河系大概有1000亿到4000亿颗恒星,不同文献给的数字不太一样,取个中间值,按2000亿颗来算比较合理,这些恒星里,有的比太阳大几百倍,有的只有太阳的十分之一不到,辐射能力天差地别。

天文学家用"光度"这个概念来描述恒星辐射能量的本领,太阳的光度记作1 L☉,银河系里各类恒星的光度分布大致是这样的:

银河系一年到底辐射多少能量?我算了一晚上,数字大到我开始怀疑人生

恒星类型 大概占比 单颗光度(以太阳为单位)
红矮星(M型) 约75% 001~0.1 L☉
类日恒星(G型) 约7% 6~1.5 L☉
大质量恒星(O/B型) 不到1% 100~100万 L☉
其他中等恒星 约17% 1~100 L☉

红矮星虽然数量最多,但每一颗都暗得可怜,而真正在能量输出上扛大头的,是那些极少数的大质量恒星,一颗光度是太阳10万倍的蓝超巨星,单颗就能顶得上一整片星区的红矮星总和。

不同文献给出的总光度估算

整合了好几个研究团队的数据,银河系的总光度大概在下面这个范围里:

  • 《天体物理学报》2021年的一项研究给的是:约1.5×10¹⁰ L☉
  • 欧洲空间局盖亚卫星的数据拟合结果是:约2.0×10¹⁰ L☉
  • 一些较保守的模型估算:约1.0×10¹⁰ L☉

综合看下来,取5×10¹⁰ L☉比较稳妥,这个数字的意思是,银河系整体发光的能力,相当于约150亿个太阳绑在一起。

终于算到银河系一年的辐射能量了

太阳一年辐射约1.2×10³⁴焦耳,银河系总光度是太阳的1.5×10¹⁰倍,

银河系一年的辐射能量 ≈ 1.2×10³⁴ × 1.5×10¹⁰ = 8×10⁴⁴焦耳

银河系一年到底辐射多少能量?我算了一晚上,数字大到我开始怀疑人生

写完整了就是:

180,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 焦耳

这个数字大到什么程度呢?地球每年从太阳那里接收到的能量大约是5.5×10²⁴焦耳,已经是天文数字了,但跟银河系一年的总输出比起来——差了整整20个数量级,20个数量级是什么意思?就是把地球接收到的能量再乘上1后面跟20个零。

这些能量都去哪儿了

绝大部分就在星系内部"消化"了,恒星辐射出去的光,一部分被星际尘埃吸收,加热了那些弥漫在恒星之间的稀薄气体,一部分被行星、小行星、彗星之类的小天体截获,还有一部分光子就这么一直飞,飞出了银盘,飞进了星系际空间。

银河系的引力场能把恒星和气体束缚住,但对光子基本没什么办法,所以每一年,都有相当于1.8×10⁴⁴焦耳的能量,以光的形式从银河系里"逃"出去,成为宇宙背景辐射海洋里的一滴水。

写到这儿我突然觉得,人类连自己星系一年的"电费账单"都能算出来,这事儿本身就挺神奇的,虽然我们连下个月的工资都还没到手,但已经知道银河系这一整年烧掉了多少能量——而且这"账单"我们一分钱不用付,只是安安静静地待在其中一颗不起眼的小行星上,接收着这几万亿分之一的温暖。

想想还挺划算的。

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