同样是核聚变,为啥氢弹一下子全炸了,太阳却可以燃烧100亿年?

浏览:4416   发布时间: 08月15日

地球的能量主要来自于太阳光,如果我们把太阳单位时间内辐射的能量比喻成向外撒钱,那么,太阳相当于在单位时间内向太空当中撒66万亿元,被地球所捡到的只有3万块元,而最终被人捡到的不足3块钱,人类对于太阳能量的使用竟然不足22万亿分之一,由此可见人类对太阳能的利用率有多低。

可令人绝望的是,太阳不是烧了几百年,几千年,而是从46亿年前就开始这么烧。不仅如此,它还要继续这么烧50、60亿年,然后换个方式再继续烧10多亿年。也就是说,太阳要保持燃烧上百亿年的时间。那么问题来了,太阳到底是用的什么当燃料,可以烧这么久?

可能很多人要说了,太阳是靠核聚变反应进行燃烧的。可是我们要知道,氢弹的原理也是核聚变反应,可为什么氢弹是一下子炸得渣都不剩,而太阳却可以持续燃烧上百亿年?

所以,事实上,并没有想象中的那么简单。这回我们就来详细得讨论一下这个问题。

太阳的燃烧机制

要聊这个话题之前,我们首先要对数量级有个概念:太阳究竟有多大?

太阳的直径是地球的109倍,体积和直径是呈三次方的关系,所以太阳的体积是地球的130万倍,说白了就是太阳可以装下130万个地球。

不仅如此,太阳除了体积大,它的质量也非常大。地球的质量是5.965×10^24千克,接近于60万亿亿吨,太阳呢?它是地球质量的33万倍,达到了1.989×10^30千克,也就是2千亿亿亿吨。从数量级上看,地球相对于太阳几乎是可以忽略不计的存在。

事实上,太阳自己的质量就占据了整个太阳系质量的99.84%,相当于是说整个太阳系其他天体的质量加起来,也仅仅只有太阳的千分之一。太阳可以说是整体太阳系当之无愧的主宰,正是因为超大的质量,才可以通过万有引力束缚着太阳系中的天体。

这么大的引力也会压迫太阳自身,使得太阳内核的温度急剧升高,达到了1500万度。要知道构成太阳的主要物质就是氢元素,那会不会也像氢弹那样进行氢的核聚变反应呢?

实际上,太阳并不会像氢弹那样进行核聚变反应。氢弹的反应条件十分苛刻,需要高温高压,温度起码要达到上亿度,引爆氢弹之前是先引爆了一颗原子弹,制造出了局部的超高温和超高压,从而引爆氢弹。因此,氢弹是一下子全炸掉。

太阳内核的温度和压强达不到氢弹那种核聚变反应的要求。不过,由于内核温度达到了1500万度,太阳内部呈现出了等离子态,电子摆脱了原子核的束缚,太阳内部是犹如一锅带电粒子的粥,当中有氢原子核,电子,光子等离子。

核聚变反应实际上就是原子核发生融合。氢原子核都是带正电的,它们要发生融合就需要克服斥力,这概率非常地低,一对氢原子核要发生核聚变反应大概需要10亿年的时间。客观地说,如果太阳只有地球那么大,基本上也就不可能燃烧了。

不过,好在太阳足够大,粒子数足够多,即便是再小的概率,到了太阳这样规模的面前,也是可以发生的。所以,太阳内核中每四个氢原子核会发生融合,生成一个氦原子核,这也被称为质子-质子反应链。也就是说,太阳烧的是氢原子核,而留下来的“渣”是氦原子核。

在这个过程中,会释放出巨大的能量,同时产生对外的压力与引力进行对抗。因为太阳内核中氢原子核发生核聚变反应的概率很低,所以太阳内核的反应并不剧烈,而是缓慢地在燃烧。因为太阳足够大,氢原子核的数量超级多,所以可以持续燃烧上百亿年,而不是像氢弹那样一下全炸掉。

太阳的未来

太阳可以持续这种燃烧方式上百亿年。在这之后,由于氢原子核被烧光,只剩下氦原子核,在引力的引导下,太阳内核会被挤压,直到触发氦原子核也发生核聚变反应,烧完的“渣”是碳原子核和氧原子核。

由于碳原子核和氧原子核的核反应门槛过高,太阳内核的引力不足以再引发它们的核聚变反应,所以太阳的燃烧就会停在这个阶段,成为一颗白矮星,这就是太阳的宿命。

当然,人类是看不到这一幕的,因为这都是几十亿年后的事情了。人类如果没有技术爆炸,最终离开太阳系到其他地方星际移民,仅仅是在地球上,那很难撑过5亿年。

因为太阳的辐射强度一直在增加,这意味着地球接收到的太阳能量在增加,温度会一直持续升高。5亿年后,地球温度会因为实在太高,导致植物都无法生存,以植物光合作用为基础的生态链就会崩溃,人类将会因为缺少食物而灭绝。当然,也可能还没撑到5亿年,人类就因为核战争,超级病毒,温室效应等原因而灭绝。

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