有一些朋友一直不明白太阳为什么一直核聚变放出这么多的光和热,几十亿年经久不衰,认为是上面有一些特殊物质维持着这种核聚变。事实是怎样的呢?我们就一起来讨论一下。
太阳主要是由氢和氦元素组成。不光是太阳,宇宙中所有的恒星都主要由这两种元素组成,就是大一点的气态行星也主要由这两种元素组成。我们整个宇宙主要物质组成就是氢和氦,如果按原子总量计算,氢和氦占有整个宇宙原子数的99%以上,其余各种元素加起来还不到1%。
这是因为从宇宙大爆炸开始,最早出现的元素就是氢和氦,还有少量的锂。这几种元素是我们宇宙最纯洁最原始的元素,也是最轻的元素。
现在我们宇宙中已经有118种元素,那些比氢和氦重的元素都是后来宇宙在演化中逐步生成出来的,主要是透过恒星演化和超新星大爆炸,在高温高压下聚变出来的,因此也可以说,这些较重的元素是宇宙的残渣垃圾。
而我们地球就是由这样的垃圾组成,人类本身也是由60余种元素组成,因此也可以说是宇宙的垃圾。所以,人类社会对金钱充满了渴求,还有很多肮脏的*。哈哈,这些都是随意发挥,如果你很清高,不必当真。
我们地球是太阳系类地行星主要一员,从我们身上可以看出太阳并不是宇宙的第一代恒星,而是在多少代老恒星死亡后留下的渣滓上脱胎出来的,所以才会有这么多的杂质。
但不管怎样,杂质还是很少很少的,太阳主要还是由氢和氦组成的,如果按原子数计算,还是和宇宙元素丰度差不多,其中氢占据了90%,氦占了约9%,其余元素1%多一点。如果按照密度比重来分析,太阳主要元素占比约:氢73.46%、氦24.85%、氧0.77%、碳0.29%、铁0.16%、氖0.12%、氮0.09%等。
别看除了氢和氦,其余元素比重只占太阳质量的1.69%,也相当5633个地球呢。因为地球质量只占太阳质量的0.0003%,是太阳质量的33万分之一。所有恒星发生的核聚变都是由于恒星自身引力导致核心的高温和高压激发的。而太阳这种质量的恒星只能激发氢核聚变,所以氢才是维持太阳核聚变的燃料来源。
太阳中心温度1500万度,压力相当3000亿个大气压,在这种温度和压力下,氢原子的核外电子被剥离成自由电子,核子被挤压融合到了一起,形成了4个氢核融合为1个氦核的聚变。
太阳中心每秒钟有6亿吨的氢参与核聚变反应,融合成5.957亿吨的氦,并释放出430万吨质量转化的能量,这相当于每秒钟向太空释放3.8 ×10^26 焦耳的电磁辐射,我们地球能够接受并享受到这些能量的22亿分之一。
太阳就是核心区源源不断发生核聚变的巨大张力,与太阳巨大体积的引力压力相抗衡,在这种平衡中一直保持着核聚变的不断进行。这就是太阳的主序星阶段,像太阳这样的黄矮星主序星阶段要进行100亿年。现在太阳主序星阶段已经过了约50亿年了,再过50亿年,太阳核心的氢就会燃烧殆尽,满足不了太阳核聚变燃料的持续供应,太阳就会变得不稳定,终于中心核聚变熄灭,巨大的引力压力会导致物质向中心坍缩。
这种更为巨大的引力压力会激发太阳中心聚集了100亿年的氦发生氦闪,就是氦核聚变,更高的温度和核聚变张力会使太阳外围气体急剧膨胀,这就是太阳的末日前红巨星阶段。这个阶段太阳半径可以扩大200到300倍,其表面外沿将到达金星甚至火星轨道,沿途的行星都将被吞噬化为气态,所以我们地球在那个恐怖的时代会不会被吞噬还很难预料。
不过有一点是肯定的,地球即使不被吞噬,也将被烤焦,成了一个埋在火堆里的土豆。值得庆幸的是,那个时代地球已经早就没有了生命,人类要么早已移民外星球,要么早已灭亡了,不会受到那种煎熬。
氦核聚变比轻核聚变来的更猛烈更快,很快氦就消耗殆尽,全部被聚变成碳,太阳经过红巨星阶段,再也没有能力激发碳核聚变,聚变之火就渐渐熄灭。
经历了百亿年红红火火的太阳,这时已经行将就木,外围的气体外壳越扩越大,最后渐渐消散到太空,留下中心物质坍缩成一个致密的碳核,这就是太阳的尸骸~白矮星。这就是太阳发生核聚变的原因和结局,也是所有恒星发生核聚变的原因,不过不同的恒星结局就不一样了,这个问题时空通讯过去有过不少论述,有兴趣的朋友可以前往查看。
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