太陽用了什麼燃料, 為什麼燒了46億年還沒燒完? 還能燒多久?

地球的能量主要來自於太陽光,如果我們把太陽單位時間內輻射的能量比喻成向外撒錢,那麼,太陽相當於在單位時間內向太空當中撒66萬億元,被地球所撿到的只有3萬塊元,而最終被人撿到的不足3塊錢,人類對於太陽能量的使用竟然不足22萬億分之一,由此可見人類對太陽能的利用率有多低。

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可令人絕望的是,太陽不是燒了幾百年,幾千年,而是從46億年前就開始這麼燒。不僅如此,它還要繼續這麼燒50、60億年,然後換個方式再繼續燒10多億年。也就是說,太陽要保持燃燒上百億年的時間。那麼問題來了,太陽到底是用的什麼當燃料,可以燒這麼久?

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可能很多人要說了,太陽是靠

核聚變

反應進行燃燒的。可是我們要知道,氫彈的原理也是核聚變反應,可為什麼氫彈是一下子炸得渣都不剩,而太陽卻可以持續燃燒上百億年?

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所以,事實上,並沒有想象中的那麼簡單。這回我們就來詳細得討論一下這個問題。

太陽的燃燒機制

要聊這個話題之前,我們首先要對數量級有個概念:太陽究竟有多大?

太陽的直徑是地球的109倍,體積和直徑是呈三次方的關係,所以太陽的體積是地球的130萬倍,說白了就是太陽可以裝下130萬個地球。

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不僅如此,太陽除了體積大,它的質量也非常大。地球的質量是5。965×10^24千克,接近於60萬億億噸,太陽呢?它是地球質量的33萬倍,達到了1。989×10^30千克,也就是2千億億億噸。從數量級上看,地球相對於太陽幾乎是可以忽略不計的存在。

事實上,太陽自己的質量就佔據了整個太陽系質量的99。84%,相當於是說整個太陽系其他天體的質量加起來,也僅僅只有太陽的千分之一。太陽可以說是整體太陽系當之無愧的主宰,正是因為超大的質量,才可以透過萬有引力束縛著太陽系中的天體。

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這麼大的引力也會壓迫太陽自身,使得太陽核心的溫度急劇升高,達到了1500萬度。要知道構成太陽的主要物質就是氫元素,那會不會也像氫彈那樣進行氫的核聚變反應呢?

實際上,太

陽並不會像氫彈那樣進行核聚變反應。

氫彈的反應條件十分苛刻,需要高溫高壓,溫度起碼要達到上億度,引爆氫彈之前是先引爆了一顆原子彈,製造出了局部的超高溫和超高壓,從而引爆氫彈。因此,氫彈是一下子全炸掉。

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太陽核心的溫度和壓強達不到氫彈那種核聚變反應的要求。不過,由於核心溫度達到了1500萬度,太陽內部呈現出了等離子態,

電子擺脫了原子核的束縛

,太陽內部是猶如一鍋帶電粒子的粥,當中有氫原子核,電子,光子等離子。

核聚變反應實際上就是原子核發生融合。氫原子核都是帶正電的,它們要發生融合就需要克服斥力,這機率非常地低,一對氫原子核要發生核聚變反應大概需要10億年的時間。客觀地說,如果太陽只有地球那麼大,基本上也就不可能燃燒了。

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不過,好在太陽足夠大,粒子數足夠多,即便是再小的機率,到了太陽這樣規模的面前,也是可以發生的。所以,太陽核心中每四個氫原子核會發生融合,生成一個氦原子核,這也被稱為質子-質子反應鏈。也就是說,太陽燒的是氫原子核,而留下來的“渣”是氦原子核。

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在這個過程中,會釋放出巨大的能量,同時產生對外的壓力與引力進行對抗。因為太陽核心中氫原子核發生核聚變反應的機率很低,所以太陽核心的反應並不劇烈,而是緩慢地在燃燒。因為太陽足夠大,氫原子核的數量超級多,所以可以持續燃燒上百億年,而不是像氫彈那樣一下全炸掉。

太陽的未來

太陽可以持續這種燃燒方式上百億年。在這之後,由於氫原子核被燒光,只剩下氦原子核,在引力的引導下,太陽核心會被擠壓,直到觸發氦原子核也發生核聚變反應,燒完的“渣”是碳原子核和氧原子核。

由於碳原子核和氧原子核的核反應門檻過高,太陽核心的引力不足以再引發它們的核聚變反應,所以太陽的燃燒就會停在這個階段,成為一顆白矮星,這就是太陽的宿命。

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當然,人類是看不到這一幕的,因為這都是幾十億年後的事情了。人類如果沒有技術爆炸,最終離開太陽系到其他地方星際移民,僅僅是在地球上,那很難撐過5億年。

因為太陽的輻射強度一直在增加,這意味著地球接收到的太陽能量在增加,溫度會一直持續升高。5億年後,地球溫度會因為實在太高,導致植物都無法生存,以植物光合作用為基礎的生態鏈就會崩潰,人類將會因為缺少食物而滅絕。當然,也可能還沒撐到5億年,人類就因為核戰爭,超級病毒,溫室效應等原因而滅絕。

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