菜菜叶|科普:那么一颗太阳照耀我们几千年,怎么就烧不完呢?
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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?
【菜菜叶|科普:那么一颗太阳照耀我们几千年,怎么就烧不完呢?】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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