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科普:那么一颗太阳照耀我们几千年,怎么就烧不完呢?

2021-07-26 12:33 作者:红叶奇说  | 我要投稿

老百姓喜闻乐道的话题,就那么一颗太阳照耀我们几千年,怎么就烧不完呢?在科学史上,太阳的能量来自哪里,长期是一个巨大的谜团。

太阳是一颗黄矮星(光谱为G2V),黄矮星的寿命大致为100亿年,目前太阳大约45.7亿岁。 在大约50至60亿年之后,太阳内部的氢元素几乎会全部消耗尽,太阳的核心将发生坍缩,导致温度上升,这一过程将一直持续到太阳开始把氦元素聚变成碳元素。

虽然氦聚变产生的能量比氢聚变产生的能量少,但温度也更高,因此太阳的外层将膨胀,并且把一部分外层大气释放到太空中.

其实我们的太阳已经烧了50亿年了,刚开始烧的时候还没有地球,后来有了地球也是一团熊熊的烈火,经过亿年演化,地球表面的地狱之火才渐渐熄灭。

在人们的日常生活中随处可见燃烧的东西。烧木柴烧煤烧液化气烧天然气,烧汽油烧柴油烧煤油烧酒精,烧桌子烧板凳烧车子烧房子。

不管这些燃烧是有益还是有害,它们都有一个共同的特点:化学反应,具体来说就是氧和碳遇热燃烧变成二氧化碳的过程。

太阳就不一样了,如果太阳是靠烧碳过日子的话,有人计算过,即便整个太阳全是一个大煤球,也只够燃烧几千年的,何况还必须再配备太阳那么大一个氧袋。

太阳每秒向外发出的能量有3.8x10^26焦耳(10^26的意思是1后面跟着26个0),按照每千克标准煤燃烧可释放2.9x10^7焦耳的能量计算,太阳每秒需要燃烧1.3x10^19千克的标准煤。

如果太阳是一颗大煤球,它2x10^30千克的总质量只能燃烧1.5x10^11秒,除以每年约3.1x10^7秒,得到4.8x10^3年,也就说大煤球太阳仅能支撑不到五千年。

太阳之所以燃烧了50亿年还是那么辉煌,就是因为它烧的不是碳而是氢。

太阳烧氢只需要氢,其它任何东西都不要,而且效率惊人,1公斤氢等同于1万吨优质煤。

太阳燃烧就是在太阳中心进行核聚变反应,使4个氢原子核(也就是质子)在极端地高温高压之下,转变成1个氦原子核(包括两个质子和两个中子),同时损失一部分质量转化为能量。在这个过程符合爱因斯坦相对论提出来的“质能方程”E=mc2(c的平方),所以这个公式才会如此有名。

相比于我们的化学能源来说,这个能量要高得多得多,所以现在的科学家正在积极的研究如何在地球上实现可控核聚变

为什么太阳一直都烧不完?

那是因为太阳的核聚变只发生在核心,也只有核心的温度压力条件满足核聚变的条件!那为什么核心的核聚变产生的巨大能量没有把太阳炸开呢?

因为两种力量的平衡,核聚变产生的向外推力以及向内的万有引力,这两种力量取得了完美的平衡,所以太阳既不会因为万有引力向内坍缩,也不会因为核聚变的力量把太阳炸开!

不过,在遥远的未来(科学家们估计35亿年之后),在逐渐耗尽燃料之后,万有引力开始占据绝对上风,于是太阳开始向内急剧塌缩,之后会膨胀成为红巨星!

当太阳处于红巨星阶段时,由于太阳的膨胀,地球不适合人类生存,到时候火星可能变得易居。

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