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太阳每秒消耗420万吨物质,烧了46亿年,为何太阳还没烧完?

时间:2020-12-25 11:33:33  来源:  作者:

太阳是生命之源,没有太阳,地球上就不会存在生命。植物利用光合作用自给自足,然后才有食草动物以及食肉动物。煤炭石油,这些化石燃料就是由远古植物的残骸形成的,太阳的能量就是这样被植物固定了下来,然后被人类发现、利用。

 

太阳燃烧着自己,照亮了周围的星空。地球上的大部分能量都来自于太阳的辐射。太阳每秒钟大约辐射3.9×10∧26焦耳的能量,而地球上每秒钟大约会接收到7.3×10∧17焦耳的能量,这仅占太阳辐射总能量的20亿分之一。这些到达地球的太阳辐射,其中只有1/10000能被人类利用。因此,人类所使用的能量仅占太阳总辐射能量的20万亿分之一。

太阳每秒消耗420万吨物质,烧了46亿年,为何太阳还没烧完?

 

太阳一秒钟辐射出的能量就够人类消耗一年。所以说,太阳辐射出的总能量是非常惊人的。

 

伟大的科学家爱因斯坦在上世纪初曾经提出了一个非常著名的公式——质能方程,即E=MC^2。根据该公式可知,若太阳一直保持这样的辐射强度,每秒需要消耗420万吨质量的物质。正是如此巨大的消耗,才使得太阳能够保持这样高强度的辐射。

太阳每秒消耗420万吨物质,烧了46亿年,为何太阳还没烧完?

 

地球的寿命为45.7亿年,而太阳的寿命大约为46亿年。燃烧了40多亿年,太阳为什么还没烧完呢?

 

要想弄清楚这个问题,首先要搞明白,太阳是如何燃烧的?

 

人类对太阳的认识,几乎全部源于最近100年的研究。我们常常说太阳在燃烧,实际上是太阳内部在进行核聚变反应,这与日常生活中的燃烧现象截然不同,生活中的燃烧现象是一种化学反应,更准确点说是化学反应中的氧化反应。现在科学家正在试图掌握人工核聚变技术,形象点来说就是在地球上造“人造小太阳”。

太阳每秒消耗420万吨物质,烧了46亿年,为何太阳还没烧完?

 

太阳是位于太阳系中心的一颗恒星,其质量为2.0×10^27吨,大约是地球质量的33万倍,占整个太阳系物质的总质量的99.86%。太阳之所以会燃烧,就是因为它的质量极其的大。质量大,引力也就特别强。核聚变的发生条件就是高温高压。在自身重力的作用下,太阳内部的温度和压力极高,温度至少在1500万摄氏度。

太阳每秒消耗420万吨物质,烧了46亿年,为何太阳还没烧完?

 

太阳主要由氢和氦构成,现阶段氢元素占太阳质量的四分之三,剩下的几乎都是氦,还有不到2%的其它元素。太阳能够燃烧100亿年,现阶段太阳已经进入了中年时期,在几十亿年前太阳内部的氢占比更多。木星这颗气态巨行星的组成成分就与太阳非常相似,也主要是由氢和氦构成的。如果木星的质量再增加大约90倍,木星内部也能够引发核聚变,从而成为一颗恒星。

 

现阶段,太阳内部进行的是氢聚变为氦的反应 ,即4个氢原子核聚合生成氦-4原子核。对于太阳这样的中低质量恒星,氢聚变为氦主要是通过质子-质子链反应来完成的,每一次反应大约能够释放4.2×10^-12焦耳的能量。此外,太阳内部还会通过碳氮氧循环这种机制产生能量。

太阳每秒消耗420万吨物质,烧了46亿年,为何太阳还没烧完?

 

太阳每秒消耗420万吨的物质,这些物质以光等形式辐射到了宇宙空间中。在这40多亿年里,太阳大约损失了100个地球的质量。然而,这仅占太阳总质量的0.03%。因此,并不会对太阳造成什么太大的影响,也很难削弱太阳的引力。

 

太阳能够燃烧这么久,除了质量大,还在于燃烧过程十分稳定,可以稳定地输出辐射。

 

那么,在40多亿年的时间里,太阳又为什么燃烧的这么稳定?

 

众所周知,氢弹就是失控的核聚变。太阳之所以没有爆炸,是因为太阳内部核聚变反应产生的辐射压和引力形成了动态平衡。

太阳每秒消耗420万吨物质,烧了46亿年,为何太阳还没烧完?

 

太阳内部的核聚变反应和氢弹还是有区别的。要想在地球上实现人工核聚变,至少要达到上亿度的温度。由于太阳核心处的温度不够高,因此太阳内部的核聚变反应利用到了量子隧穿效应。量子隧穿效应发生在微观世界中,所谓的量子隧穿就是即便能量不足,反应也有一定的概率会发生,只不过发生的概率极小。

太阳每秒消耗420万吨物质,烧了46亿年,为何太阳还没烧完?

 

太阳的个头非常大,参与反应的粒子数量极多。所以,即便发生反应的概率很低,在非凡的体量面前,也能够发生核聚变反应,释放出巨大的能量。太阳能够燃烧的这么缓慢而稳定,正是因为是其内部的核反应需要依靠量子隧穿效应。

 

这就是太阳能够长期稳定地发光发热的原因。

 

不过太阳内部的核聚变反应也并非恒久不变。从太阳诞生,在这40多亿年的时间里,太阳的亮度已经比最初的时候增强了30%。根据科学家的预测,未来太阳将会燃烧得更猛烈,太阳的辐射强度也会增强。当内部的氢燃烧殆尽后,太阳的体积将会成倍膨胀,演变成为一颗红巨星。



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