太陽為何還未燃盡

2018-05-15 09:05:37煎蛋網編輯:HW評論

我們的太陽在銀河系里也就算是一般水平,不是最亮的,也不是最大的,而且也才只有45億歲而已。它之所以獨一無二是因為它的光和熱是維持我們這些生命的源泉。我們幸運就幸運在太陽在我們出現之前還未燃燒殆盡。但是太陽為什么能燃燒那么久呢?又為什么不能像蠟燭或者篝火一樣被吹滅呢?究竟何時太陽才會壽終正寢呢?

燃燒的太陽

在19世紀這還是個蠻難回答的問題, 印第安納大學天文學教授 Catherine Pilachowski 如是說。在那個年頭,人類只能用兩種思路解釋太陽的能量來源:要么是通過引力收縮產生熱量和光線 - 將自身拉向中心并釋放能量(就像我們在地球上感受到的熱量的形式),因此會隨著時間的推移變小 - 或者像火焰一樣,是化學反應,就像我們點燃火柴或篝火。既然任何一種方法都可能是太陽的工作方式,當時的科學家們用這兩種方法計算出了太陽可能的壽命。但哪一種都不符合我們已知的的太陽系的壽命——45億年。如果太陽是在縮減或者燃燒,那早在我們出生之前太陽就已經把燃料耗盡了。顯然,這里另有原因。

幾十年后愛因斯坦提出了著名的方程 E = mc^2,認為一切有質量的物質必定含有相應的能量,1920年英國天文學家提出太陽就是在把自身質量轉化為能量。不同的是,太陽并不是像燒木頭或者煤那樣的反應,而更像是個巨型核電站。

太陽包含大量的氫原子。氫原子包含一個帶正電的質子和一個環繞其周的帶負電的電子。當一個氫原子遇到另一個氫原子時,它們的外層電子彼此磁性排斥,保證了各自的質子不會相撞。而太陽核心溫度太高而且壓力太高,導致氫原子里的電子脫離了原子核的束縛,這樣里面的原子核,也就是質子得以相互碰撞,這個過程也就是核聚變了。

就像在核反應堆里一樣,原子每時每刻都在相互碰撞融合。一般氫原子核會聚變生成氦原子核。在這個過程中,一小部分的質量“消失”了;但并不是真的消失了,而是轉化為了相應的能量,因此太陽每秒會輻射出 3.9x10^26 瓦的能量。(這能量過于巨大,地球上沒有能類比的例子。這個數字大概可以像這樣描述:這個瓦特數量遠遠超過了整個世界將使用的所有電力,以目前的速率來看,夠用幾十萬世紀。)

熱核聚變的效率是太陽長時間保持輻射熱量的主要原因 - 將1千克氫轉化為氦所釋放的能量與燃燒20000噸煤炭的能量相同。 由于太陽太大又相對年輕,科學家估計它只使用了大約一半的能源來生產氫。

最終太陽會耗盡內核里全部的氫并轉化為氦,然后太陽就會死亡。但也不用太擔心,那大概要到50億年以后了。

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