【宇宙科普】太陽每秒消耗420萬噸物質,燒了46億年,為何太陽還沒燒完?

天空之城 2020/12/27 檢舉 我要評論

知識不會,只是姿勢不對;科學凡此種種,用人話講才能聽懂

文/天空之城

太陽是生命之源,沒有太陽,地球上就不會存在生命。植物利用光合作用自給自足,然後才有食草動物以及食肉動物。煤炭石油,這些化石燃料就是由遠古植物的殘骸形成的,太陽的能量就是這樣被植物固定了下來,然後被人類發現、利用。

太陽燃燒著自己,照亮了周圍的星空。地球上的大部分能量都來自於太陽的輻射。太陽每秒鐘大約輻射3.9×10∧26焦耳的能量,而地球上每秒鐘大約會接收到7.3×10∧17焦耳的能量,這僅占太陽輻射總能量的20億分之一。這些到達地球的太陽輻射,其中只有1/10000能被人類利用。因此,人類所使用的能量僅占太陽總輻射能量的20萬億分之一。

太陽一秒鐘輻射出的能量就夠人類消耗一年。所以說,太陽輻射出的總能量是非常驚人的。

偉大的科學家愛因斯坦在上世紀初曾經提出了一個非常著名的公式——質能方程,即E=MC^2。根據該公式可知,若太陽一直保持這樣的輻射強度,每秒需要消耗420萬噸質量的物質。正是如此巨大的消耗,才使得太陽能夠保持這樣高強度的輻射。

地球的壽命為45.7億年,而太陽的壽命大約為46億年。燃燒了40多億年,太陽為什麼還沒燒完呢?

要想弄清楚這個問題,首先要搞明白,太陽是如何燃燒的?

人類對太陽的認識,幾乎全部源於最近100年的研究。我們常常說太陽在燃燒,實際上是太陽內部在進行核聚變反應,這與日常生活中的燃燒現象截然不同,生活中的燃燒現像是一種化學反應,更準確點說是化學反應中的氧化反應。現在科學家正在試圖掌握人工核聚變技術,形象點來說就是在地球上造「人造小太陽」。

太陽是位於太陽系中心的一顆恒星,其質量為2.0×10^27噸,大約是地球質量的33萬倍,占整個太陽系物質的總質量的99.86%。太陽之所以會燃燒,就是因為它的質量極其的大。質量大,引力也就特別強。核聚變的發生條件就是高溫高壓。在自身重力的作用下,太陽內部的溫度和壓力極高,溫度至少在1500萬攝氏度。

太陽主要由氫和氦構成,現階段氫元素占太陽質量的四分之三,剩下的幾乎都是氦,還有不到2%的其它元素。太陽能夠燃燒100億年,現階段太陽已經進入了中年時期,在幾十億年前太陽內部的氫占比更多。

木星這顆氣態巨行星的組成成分就與太陽非常相似,也主要是由氫和氦構成的。如果木星的質量再增加大約90倍,木星內部也能夠引發核聚變,從而成為一顆恒星。

現階段,太陽內部進行的是氫聚變為氦的反應 ,即4個氫原子核聚合生成氦-4原子核。對於太陽這樣的中低質量恒星,氫聚變為氦主要是通過質子-質子鏈反應來完成的,每一次反應大約能夠釋放4.2×10^-12焦耳的能量。此外,太陽內部還會通過碳氮氧迴圈這種機制產生能量。

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