科普:那么一顆太陽(yáng)照耀我們幾千年,怎么就燒不完呢?
老百姓喜聞樂(lè)道的話題,就那么一顆太陽(yáng)照耀我們幾千年,怎么就燒不完呢?在科學(xué)史上,太陽(yáng)的能量來(lái)自哪里,長(zhǎng)期是一個(gè)巨大的謎團(tuán)。
太陽(yáng)是一顆黃矮星(光譜為G2V),黃矮星的壽命大致為100億年,目前太陽(yáng)大約45.7億歲。 在大約50至60億年之后,太陽(yáng)內(nèi)部的氫元素幾乎會(huì)全部消耗盡,太陽(yáng)的核心將發(fā)生坍縮,導(dǎo)致溫度上升,這一過(guò)程將一直持續(xù)到太陽(yáng)開始把氦元素聚變成碳元素。
雖然氦聚變產(chǎn)生的能量比氫聚變產(chǎn)生的能量少,但溫度也更高,因此太陽(yáng)的外層將膨脹,并且把一部分外層大氣釋放到太空中.
其實(shí)我們的太陽(yáng)已經(jīng)燒了50億年了,剛開始燒的時(shí)候還沒(méi)有地球,后來(lái)有了地球也是一團(tuán)熊熊的烈火,經(jīng)過(guò)億年演化,地球表面的地獄之火才漸漸熄滅。
在人們的日常生活中隨處可見燃燒的東西。燒木柴燒煤燒液化氣燒天然氣,燒汽油燒柴油燒煤油燒酒精,燒桌子燒板凳燒車子燒房子。
不管這些燃燒是有益還是有害,它們都有一個(gè)共同的特點(diǎn):化學(xué)反應(yīng),具體來(lái)說(shuō)就是氧和碳遇熱燃燒變成二氧化碳的過(guò)程。
太陽(yáng)就不一樣了,如果太陽(yáng)是靠燒碳過(guò)日子的話,有人計(jì)算過(guò),即便整個(gè)太陽(yáng)全是一個(gè)大煤球,也只夠燃燒幾千年的,何況還必須再配備太陽(yáng)那么大一個(gè)氧袋。
太陽(yáng)每秒向外發(fā)出的能量有3.8x10^26焦耳(10^26的意思是1后面跟著26個(gè)0),按照每千克標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒可釋放2.9x10^7焦耳的能量計(jì)算,太陽(yáng)每秒需要燃燒1.3x10^19千克的標(biāo)準(zhǔn)煤。
如果太陽(yáng)是一顆大煤球,它2x10^30千克的總質(zhì)量只能燃燒1.5x10^11秒,除以每年約3.1x10^7秒,得到4.8x10^3年,也就說(shuō)大煤球太陽(yáng)僅能支撐不到五千年。
太陽(yáng)之所以燃燒了50億年還是那么輝煌,就是因?yàn)樗鼰牟皇翘级菤洹?/p>
太陽(yáng)燒氫只需要?dú)?,其它任何東西都不要,而且效率驚人,1公斤氫等同于1萬(wàn)噸優(yōu)質(zhì)煤。
太陽(yáng)燃燒就是在太陽(yáng)中心進(jìn)行核聚變反應(yīng),使4個(gè)氫原子核(也就是質(zhì)子)在極端地高溫高壓之下,轉(zhuǎn)變成1個(gè)氦原子核(包括兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子),同時(shí)損失一部分質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量。在這個(gè)過(guò)程符合愛因斯坦相對(duì)論提出來(lái)的“質(zhì)能方程”E=mc2(c的平方),所以這個(gè)公式才會(huì)如此有名。
相比于我們的化學(xué)能源來(lái)說(shuō),這個(gè)能量要高得多得多,所以現(xiàn)在的科學(xué)家正在積極的研究如何在地球上實(shí)現(xiàn)可控核聚變
為什么太陽(yáng)一直都燒不完?
那是因?yàn)樘?yáng)的核聚變只發(fā)生在核心,也只有核心的溫度壓力條件滿足核聚變的條件!那為什么核心的核聚變產(chǎn)生的巨大能量沒(méi)有把太陽(yáng)炸開呢?
因?yàn)閮煞N力量的平衡,核聚變產(chǎn)生的向外推力以及向內(nèi)的萬(wàn)有引力,這兩種力量取得了完美的平衡,所以太陽(yáng)既不會(huì)因?yàn)槿f(wàn)有引力向內(nèi)坍縮,也不會(huì)因?yàn)楹司圩兊牧α堪烟?yáng)炸開!
不過(guò),在遙遠(yuǎn)的未來(lái)(科學(xué)家們估計(jì)35億年之后),在逐漸耗盡燃料之后,萬(wàn)有引力開始占據(jù)絕對(duì)上風(fēng),于是太陽(yáng)開始向內(nèi)急劇塌縮,之后會(huì)膨脹成為紅巨星!
當(dāng)太陽(yáng)處于紅巨星階段時(shí),由于太陽(yáng)的膨脹,地球不適合人類生存,到時(shí)候火星可能變得易居。