太陽是生命之源，沒有太陽，地球上就不會(huì)存在生命。植物利用光合作用自給自足，然后才有食草動(dòng)物以及食肉動(dòng)物。煤炭石油，這些化石燃料就是由遠(yuǎn)古植物的殘骸形成的，太陽的能量就是這樣被植物固定了下來，然后被人類發(fā)現(xiàn)、利用。
太陽燃燒著自己，照亮了周圍的星空。地球上的大部分能量都來自于太陽的輻射。太陽每秒鐘大約輻射3.9×10∧26焦耳的能量，而地球上每秒鐘大約會(huì)接收到7.3×10∧17焦耳的能量，這僅占太陽輻射總能量的20億分之一。這些到達(dá)地球的太陽輻射，其中只有1/10000能被人類利用。因此，人類所使用的能量?jī)H占太陽總輻射能量的20萬億分之一。
太陽一秒鐘輻射出的能量就夠人類消耗一年。所以說，太陽輻射出的總能量是非常驚人的。
偉大的科學(xué)家愛因斯坦在上世紀(jì)初曾經(jīng)提出了一個(gè)非常著名的公式——質(zhì)能方程，即E=MC^2。根據(jù)該公式可知，若太陽一直保持這樣的輻射強(qiáng)度，每秒需要消耗420萬噸質(zhì)量的物質(zhì)。正是如此巨大的消耗，才使得太陽能夠保持這樣高強(qiáng)度的輻射。
地球的壽命為45.7億年，而太陽的壽命大約為46億年。燃燒了40多億年，太陽為什么還沒燒完呢？
要想弄清楚這個(gè)問題，首先要搞明白，太陽是如何燃燒的？
人類對(duì)太陽的認(rèn)識(shí)，幾乎全部源于最近100年的研究。我們常常說太陽在燃燒，實(shí)際上是太陽內(nèi)部在進(jìn)行核聚變反應(yīng)，這與日常生活中的燃燒現(xiàn)象截然不同，生活中的燃燒現(xiàn)象是一種化學(xué)反應(yīng)，更準(zhǔn)確點(diǎn)說是化學(xué)反應(yīng)中的氧化反應(yīng)?，F(xiàn)在科學(xué)家正在試圖掌握人工核聚變技術(shù)，形象點(diǎn)來說就是在地球上造“人造小太陽”。
太陽是位于太陽系中心的一顆恒星，其質(zhì)量為2.0×10^27噸，大約是地球質(zhì)量的33萬倍，占整個(gè)太陽系物質(zhì)的總質(zhì)量的99.86%。太陽之所以會(huì)燃燒，就是因?yàn)樗馁|(zhì)量極其的大。質(zhì)量大，引力也就特別強(qiáng)。核聚變的發(fā)生條件就是高溫高壓。在自身重力的作用下，太陽內(nèi)部的溫度和壓力極高，溫度至少在1500萬攝氏度。
太陽主要由氫和氦構(gòu)成，現(xiàn)階段氫元素占太陽質(zhì)量的四分之三，剩下的幾乎都是氦，還有不到2%的其它元素。太陽能夠燃燒100億年，現(xiàn)階段太陽已經(jīng)進(jìn)入了中年時(shí)期，在幾十億年前太陽內(nèi)部的氫占比更多。木星這顆氣態(tài)巨行星的組成成分就與太陽非常相似，也主要是由氫和氦構(gòu)成的。如果木星的質(zhì)量再增加大約90倍，木星內(nèi)部也能夠引發(fā)核聚變，從而成為一顆恒星。
現(xiàn)階段，太陽內(nèi)部進(jìn)行的是氫聚變?yōu)楹さ姆磻?yīng) ，即4個(gè)氫原子核聚合生成氦-4原子核。對(duì)于太陽這樣的中低質(zhì)量恒星，氫聚變?yōu)楹ぶ饕峭ㄟ^質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)來完成的，每一次反應(yīng)大約能夠釋放4.2×10^-12焦耳的能量。此外，太陽內(nèi)部還會(huì)通過碳氮氧循環(huán)這種機(jī)制產(chǎn)生能量。
太陽每秒消耗420萬噸的物質(zhì)，這些物質(zhì)以光等形式輻射到了宇宙空間中。在這40多億年里，太陽大約損失了100個(gè)地球的質(zhì)量。然而，這僅占太陽總質(zhì)量的0.03%。因此，并不會(huì)對(duì)太陽造成什么太大的影響，也很難削弱太陽的引力。
太陽能夠燃燒這么久，除了質(zhì)量大，還在于燃燒過程十分穩(wěn)定，可以穩(wěn)定地輸出輻射。
那么，在40多億年的時(shí)間里，太陽又為什么燃燒的這么穩(wěn)定？
眾所周知，氫彈就是失控的核聚變。太陽之所以沒有爆炸，是因?yàn)樘杻?nèi)部核聚變反應(yīng)產(chǎn)生的輻射壓和引力形成了動(dòng)態(tài)平衡。
太陽內(nèi)部的核聚變反應(yīng)和氫彈還是有區(qū)別的。要想在地球上實(shí)現(xiàn)人工核聚變，至少要達(dá)到上億度的溫度。由于太陽核心處的溫度不夠高，因此太陽內(nèi)部的核聚變反應(yīng)利用到了量子隧穿效應(yīng)。量子隧穿效應(yīng)發(fā)生在微觀世界中，所謂的量子隧穿就是即便能量不足，反應(yīng)也有一定的概率會(huì)發(fā)生，只不過發(fā)生的概率極小。
太陽的個(gè)頭非常大，參與反應(yīng)的粒子數(shù)量極多。所以，即便發(fā)生反應(yīng)的概率很低，在非凡的體量面前，也能夠發(fā)生核聚變反應(yīng)，釋放出巨大的能量。太陽能夠燃燒的這么緩慢而穩(wěn)定，正是因?yàn)槭瞧鋬?nèi)部的核反應(yīng)需要依靠量子隧穿效應(yīng)。
這就是太陽能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地發(fā)光發(fā)熱的原因。
不過太陽內(nèi)部的核聚變反應(yīng)也并非恒久不變。從太陽誕生，在這40多億年的時(shí)間里，太陽的亮度已經(jīng)比最初的時(shí)候增強(qiáng)了30%。根據(jù)科學(xué)家的預(yù)測(cè)，未來太陽將會(huì)燃燒得更猛烈，太陽的輻射強(qiáng)度也會(huì)增強(qiáng)。當(dāng)內(nèi)部的氫燃燒殆盡后，太陽的體積將會(huì)成倍膨脹，演變成為一顆紅巨星。
聯(lián)系客服
