太空里明明連氧氣都沒(méi)有,怎么這顆大火球就能一直燒下去,還把光和熱送遍整個(gè)太陽(yáng)系。其實(shí)很多人都誤會(huì)了,根本不是太陽(yáng)在燃燒,我們平時(shí)見(jiàn)的柴火、汽油燃燒,和太陽(yáng)釋放能量的方式,完全是兩回事。
平時(shí)燒東西,不管是煮菜的煤氣還是點(diǎn)著的蠟燭,可燃物得有,氧氣也得幫忙,溫度夠了才能燒起來(lái)。這個(gè)過(guò)程里,原子外層的電子只是換了個(gè)搭檔,重新組合成新的化合物,比如碳和氧湊一起變成二氧化碳,能量就跟著放出來(lái)了。但太陽(yáng)的反應(yīng)要?jiǎng)×业枚?,直接往原子核里?dòng)手腳的是它,讓氫原子核撞在一起,變成更重的氦原子核,屬于核物理反應(yīng),跟電子沒(méi)關(guān)系,自然也用不上氧氣。
能量差距更是大到離譜。發(fā)生聚變的1克氫原子核,釋放的能量差不多等于15噸汽油燒完的效果。普通燃燒靠的是化學(xué)鍵斷裂重組,在太陽(yáng)面前這點(diǎn)能量,就像劃了根火柴和引爆一顆恒星的區(qū)別。太陽(yáng)的能量來(lái)源,也不是什么燃料燃燒,而是質(zhì)量憑空少了一點(diǎn),四個(gè)氫原子核變成一個(gè)氦原子核后,總質(zhì)量會(huì)輕一點(diǎn),按照質(zhì)能方程把這部分消失的質(zhì)量轉(zhuǎn)化成能量,就是太陽(yáng)發(fā)光發(fā)熱的秘密。
想知道這一切在太陽(yáng)內(nèi)部是怎么發(fā)生的,得先看清太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)。不是實(shí)心球,它是一個(gè)巨大的等離子體團(tuán),71%是氫,27%是氦,剩下的都是些重元素。真正產(chǎn)生能量的,只有核心那一小塊區(qū)域,外面的圈層,其實(shí)都是能量傳遞的通道。
太陽(yáng)核心的環(huán)境,說(shuō)出來(lái)你可能不敢信。能飆到1500萬(wàn)攝氏度的是溫度,壓力更是相當(dāng)于3000億個(gè)地球大氣壓。在這種極端條件下,才能讓氫原子核攢夠力氣,沖破彼此間的排斥力,撞在一起抱成團(tuán),這就是太陽(yáng)主要的聚變方式,質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)。簡(jiǎn)單說(shuō),四個(gè)氫原子核經(jīng)過(guò)幾步反應(yīng),最終變成一個(gè)氦原子核,同時(shí)把那點(diǎn)消失的質(zhì)量變成能量。
這些剛產(chǎn)生的能量,可不是馬上就能傳到地球的。一開(kāi)始它們是高能的伽馬射線光子,在太陽(yáng)內(nèi)部要繞無(wú)數(shù)個(gè)彎,走一條漫長(zhǎng)又曲折的路。從核心到太陽(yáng)表面,快則1萬(wàn)年,慢則17萬(wàn)年,會(huì)慢慢降級(jí)的是這些光子的能量,最后變成我們能看到的可見(jiàn)光,還有能感受到的熱量,再輻射到宇宙里,經(jīng)過(guò)8分多鐘飛到地球。
所以不是太陽(yáng)在燒燃料,而是在慢慢消耗氫??茖W(xué)家算過(guò),已經(jīng)這樣穩(wěn)定釋放能量46億年的是它,現(xiàn)在核心里的氫還很充足,再燒50億年完全沒(méi)問(wèn)題。
等核心的氫用完,才會(huì)開(kāi)始太陽(yáng)的晚年生活。到時(shí)候會(huì)轉(zhuǎn)而聚變氦生成更重元素的是它,體積也會(huì)慢慢膨脹,變成一顆紅巨星,那時(shí)候它的邊緣,可能會(huì)超出地球現(xiàn)在的軌道。再往后,會(huì)慢慢飄散的是外層物質(zhì),核心則會(huì)坍縮成一顆白矮星,安安靜靜地散發(fā)余熱,直到最后徹底冷卻。
所以啊幾萬(wàn)年前在太陽(yáng)核心誕生的能量,可能就是我們每天看到的陽(yáng)光,原來(lái)這顆看似永恒的恒星,也有自己的生命周期。看完這些,是不是你對(duì)頭頂?shù)奶?yáng),多了點(diǎn)不一樣的認(rèn)識(shí)?
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