爲啥太陽能在太空中燃燒50億年?科學家:眼前所見,並非是真的
綜述 : 太陽,我們再熟悉不過的事物。隨便問一個人,太陽爲什麽能發光發熱,可能很多人會告訴你因爲它是一個燃燒的大火球。
但是你有沒有想過,太空中又沒有氧氣,爲什麽太陽還能一直燃燒呢?又或者說,太陽真的是在燃燒嗎?
什麽是燃燒
在我們日常生活中,隨處可見各種各樣的火焰,從煤氣竈上的火苗、蠟燭中的火花,到森林中的火災,甚至是天空中的流星。這些火焰的誕生都歸功于一種神奇的化學反應,那就是燃燒。
燃燒,是一種放熱反應,而且通常還伴隨著火焰、發光和(或)發煙的現象。初中的時候應該就學過,燃燒的基本要素有兩個,一個是可燃物,另一個是氧化劑。
可燃物是指能夠參與燃燒的物質,比如木頭、煤、油和氣體等。而氧化劑則是讓可燃物燃燒的元凶,最常見的氧化劑就是我們呼吸時依賴的空氣中的氧氣。
那複習到這裏,是不是就真的要開始疑惑了,太陽是在燒什麽?它的氧化劑又是什麽呢?
太陽真的在燃燒嗎?
太陽的光芒和熱度給我們一種錯覺,讓我們誤以爲太陽在燃燒,但事實並非如此。太陽不是在進行燃燒,而是在經曆著一種叫做核聚變的過程。
核聚變是指輕原子核融合成重原子核的過程,同時釋放出巨大的能量。它和燃燒是截然不同的兩種反應,它們的原理和條件也完全不同。
太陽的核心有著極高的溫度和壓力,在這裏,原子變成了離子,失去了核外電子,形成了一種電中性的“電漿”,也就是我們常說的等離子。
這種電漿主要由氫原子核(也就是質子)和少量的氦原子核組成。在這個環境下,氫原子核在運動時難免會撞在一起,有時就會合體,變成氘原子核,同時釋放出一個中子和一個正電子。
接著,氘原子核再次碰撞,形成氦-3的核,這一過程還會産生高能的伽馬射線。兩個氦-3原子核再次碰撞,形成一個氦-4原子核和兩個氫原子核,也繼續向外爆發能量。
這個過程不斷重複,導致太陽核心的氫原子核逐漸轉化爲氦原子核,這既是太陽源源不斷地産生能量的方式,也是我們覺得它是個火球,一直在發光發熱的原因。
核聚變和燃燒之間存在許多顯著的不同之處,最根本的區別就是,核聚變並不是化學方面的變化。
核聚變發生在原子核層面,而燃燒則是在原子外層電子之間進行的變化。核聚變要在高溫高壓的情況下才能發生,而燃燒只的條件幾乎是我們隨手就可以創造出來的。
太陽核心溫度高達1500萬度,壓力則相當于3000億個大氣壓,這樣的條件才能使得氫原子核克服其間的排斥力而結合。相比之下,燃燒只需要可燃物和氧化劑達到特定的燃點溫度,就能發生反應。
再者,核聚變的能量效率遠遠高于燃燒。核聚變的能量符合質能方程E=mc^2所描述的現象,當輕元素的原子核在極高溫高壓下合並成爲重元素的原子核時,會釋放出巨大的能量。這就是各種恒星的主要能量來源。
而燃燒則是一種化學反應,它的能量來源于原子間的化學鍵的斷裂和重新組合,即原子外層電子的變化。
當可燃物與氧氣發生反應生成水和二氧化碳時,會釋放一定量的熱量。這就是我們日常生活中常見的燃燒現象。
就能量效率而言,核聚變遠遠高于燃燒。因爲原子核的質量遠比原子的電子多得多,而根據質能方程,能量與質量成正比。簡而言之,核聚變釋放的能量要遠遠超過一般化學反應所能産生的能量。
太陽還能燒多久?
科學家估計,太陽已經經曆了大約46億年的燃燒,也就是說,它的壽命已經過去了一半。在這漫長的歲月中,太陽的亮度相較于初始狀態已經增加了30%。這表明太陽的燃燒並非一成不變,而是隨著時間推移而發生著變化。
目前,太陽的核心區域大約有10%的氫,剩下的90%是氦。當這些氫燃燒殆盡時,太陽就會進入下一個演化階段。
根據現在的資料進行預測,太陽還能穩定地燃燒大約50億年。屆時,太陽上將會開始一個新的反應,氦會逐漸轉化成碳元素和氧元素。
這個過程將釋放更多能量,並且太陽的半徑將增加到200~300倍,但是又會慢慢冷卻,顔色也將逐漸變爲紅色。
這時太陽迅速膨脹的體積將覆蓋地球的軌道,極有可能會吞噬地球,即使沒有吞噬,也會使地球烤焦,導致水和大氣蒸發,生命將無法維持。隨著太陽變得越來越亮,地球的溫度將不斷上升,在10億年內,地球的海水將蒸發殆盡,成爲一顆幹燥炎熱的星球。
紅巨星階段也不會持續太久,大約幾億年後,太陽的核心區域的氦也將耗盡,沒有燃料支撐,太陽就會萎縮,同時將外層物質抛射到太空,形成美麗的行星狀星雲。
太陽的核心區域將留下一個白矮星,體積僅有地球大小,但質量卻占太陽的一半,密度極高,溫度極高,但沒有光芒,只能依靠余熱緩慢冷卻。
能給太陽續命嗎?
可能有人會想,如果太陽燒完了地球也要完蛋,那我們想辦法給太陽續上不就行了。這個想法確實很好,但是目前來看很不現實。
太陽目前主要依賴氫作爲燃料,但氫不是單一的元素,它有多種同位素,如氫、氘、氚等,它們的核聚變反應條件和效率各異。爲了讓太陽燃燒更爲高效,必須精確選擇合適的氫同位素。
想要給太陽加油,第一個問題就是確定添加多少燃料。太陽的質量極爲龐大,若添加過量燃料,可能增加太陽的質量,導致引力增強,加速燃燒速度,反而縮短太陽壽命。因此,必須找到一種平衡點,確保太陽能夠保持穩定的燃燒狀態。
而前面的還可以說是個簡單的數學問題,真正難以解決的是燃料添加的方式。太陽的表面溫度高達6000攝氏度,核心溫度更是高達1500萬攝氏度,壓力達到3000億個大氣壓
要將燃料送達太陽核心是極其困難的,需要應對太陽高溫高壓和強輻射,確保安全地運輸燃料到核心區域。以人類目前的科技和地球上能找到的材料來說,這件事根本做不到。
結語 : 盡管太陽在太空中沒有氧氣,但它在漫長的歲月中,始終依賴著不同的燃料維持著恒定的燃燒過程。
這對我們的生活和地球的存在都有著深遠的影響。通過對太陽的深入研究,我們也能更好地理解我們所在的宇宙,也能夠更加珍惜我們所處的世界。---來源: 森羅萬象視頻-