|
太陽是生命之源，沒有太陽，地球上就不會存在生命。植物利用光合作用自給自足，然后才有食草動物以及食肉動物。煤炭石油，這些化石燃料就是由遠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，然后被人類發現、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，人類所使用的能量僅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。 偉大的科學家愛因斯坦在上世紀初曾經提出了一個非常著名的公式——質能方程，即E=MC^2。根據該公式可知，若太陽一直保持這樣的輻射強度，每秒需要消耗420萬噸質量的物質。正是如此巨大的消耗，才使得太陽能夠保持這樣高強度的輻射。  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？ 要想弄清楚這個問題，首先要搞明白，太陽是如何燃燒的？ 人類對太陽的認識，幾乎全部源于最近100年的研究。我們常常說太陽在燃燒，實際上是太陽內部在進行核聚變反應，這與日常生活中的燃燒現象截然不同，生活中的燃燒現象是一種化學反應，更準確點說是化學反應中的氧化反應。現在科學家正在試圖掌握人工核聚變技術，形象點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，其質量為2.0×10^27噸，大約是地球質量的33萬倍，占整個太陽系物質的總質量的99.86%。太陽之所以會燃燒，就是因為它的質量極其的大。質量大，引力也就特別強。核聚變的發生條件就是高溫高壓。在自身重力的作用下，太陽內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成，現階段氫元素占太陽質量的四分之三，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，現階段太陽已經進入了中年時期，在幾十億年前太陽內部的氫占比更多。木星這顆氣態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成的。如果木星的質量再增加大約90倍，木星內部也能夠引發核聚變，從而成為一顆恒星。 現階段，太陽內部進行的是氫聚變為氦的反應 ，即4個氫原子核聚合生成氦-4原子核。對于太陽這樣的中低質量恒星，氫聚變為氦主要是通過質子-質子鏈反應來完成的，每一次反應大約能夠釋放4.2×10^-12焦耳的能量。此外，太陽內部還會通過碳氮氧循環這種機制產生能量。  太陽每秒消耗420萬噸的物質，這些物質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個地球的質量。然而，這僅占太陽總質量的0.03%。因此，并不會對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，除了質量大，還在于燃燒過程十分穩定，可以穩定地輸出輻射。 那么，在40多億年的時間里，太陽又為什么燃燒的這么穩定？ 眾所周知，氫彈就是失控的核聚變。太陽之所以沒有爆炸，是因為太陽內部核聚變反應產生的輻射壓和引力形成了動態平衡。  太陽內部的核聚變反應和氫彈還是有區別的。要想在地球上實現人工核聚變，至少要達到上億度的溫度。由于太陽核心處的溫度不夠高，因此太陽內部的核聚變反應利用到了量子隧穿效應。量子隧穿效應發生在微觀世界中，所謂的量子隧穿就是即便能量不足，反應也有一定的概率會發生，只不過發生的概率極小。  太陽的個頭非常大，參與反應的粒子數量極多。所以，即便發生反應的概率很低，在非凡的體量面前，也能夠發生核聚變反應，釋放出巨大的能量。太陽能夠燃燒的這么緩慢而穩定，正是因為是其內部的核反應需要依靠量子隧穿效應。 這就是太陽能夠長期穩定地發光發熱的原因。 不過太陽內部的核聚變反應也并非恒久不變。從太陽誕生，在這40多億年的時間里，太陽的亮度已經比最初的時候增強了30%。根據科學家的預測，未來太陽將會燃燒得更猛烈，太陽的輻射強度也會增強。當內部的氫燃燒殆盡后，太陽的體積將會成倍膨脹，演變成為一顆紅巨星。 |
|
|
