物理學(xué)中有一個(gè)非常有趣的現(xiàn)象:研究微觀世界的粒子物理、量子理論,與研究宇宙的理論竟然相互溝通,相互支撐。目前地球上消耗的能量,追根溯源,絕大部分還是來自太陽內(nèi)部核聚變時(shí)釋放的核能。
(1)已知太陽向各個(gè)方向輻射能量的情況是相同的。如果太陽光的傳播速度為c,到達(dá)地球需要的時(shí)間為t,在地球大氣層表面每秒鐘每平方米垂直接收到的太陽輻射能量為E
0,請(qǐng)你求出太陽輻射的總功率P的表達(dá)式;
(2)根據(jù)量子理論可知,光子既有能量也有動(dòng)量,光子的動(dòng)量p=
,其中h為普朗克常量,λ為光的波長(zhǎng)。太陽光照射到地球表面時(shí),如同大量氣體分子頻繁碰撞器壁一樣,會(huì)產(chǎn)生持續(xù)均勻的“光壓力”。為了將問題簡(jiǎn)化,我們假設(shè)太陽光垂直照射到地球上且全部被地球吸收,到達(dá)地球的所有光子能量均為4×10
-19J,每秒鐘照射到地球的光子數(shù)為4.5×10
35,已知真空中光速c=3×10
8m/s,太陽對(duì)地球的萬有引力大小約為3.5×10
22N,請(qǐng)你結(jié)合以上數(shù)據(jù)分析說明,我們?cè)谘芯康厍驀@太陽公轉(zhuǎn)時(shí),是否需要考慮太陽“光壓力”對(duì)地球的影響(結(jié)果保留一位有效數(shù)字);
(3)在長(zhǎng)期演化過程中,太陽內(nèi)部的核反應(yīng)過程非常復(fù)雜,我們將其簡(jiǎn)化為氫轉(zhuǎn)變?yōu)楹?。已知目前階段太陽輻射的總功率P
0=4×10
26W,太陽質(zhì)量M
0=2×10
30kg(其中氫約占70%),氫轉(zhuǎn)變?yōu)楹さ倪^程中質(zhì)量虧損約為1%,請(qǐng)你估算如果現(xiàn)有氫中的10%發(fā)生聚變大約需要多少年。(結(jié)果保留一位有效數(shù)字,1年按3×10
7s計(jì)算)