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太阳质量很大,但表面积也大,为什么燃烧了46亿年没见变小呢?

太阳质量很大,但表面积也大,为什么燃烧了46亿年没见变小呢?
2021年01月07日 12:29 新浪网 作者 UFO之家看点号

  太阳是一颗黄矮星,而一般黄矮星的寿命大约为100亿年,目前太阳的年龄大约为45.7亿岁,而太阳是银河系里面非常普通的一颗恒星,不是最亮,也不是最大的,更不是存在最久的。

  

  在我们的印象里,太阳就像一个“大火球”,一直燃烧着,源源不断的提供光和热,太阳已经燃烧了46亿年了,一般来讲,燃料加的越多,火才会烧的越旺,同时燃料的消耗速度也就越快,而我们太阳质量也是有限的。

  为什么太阳可以燃烧这么久呢?

  其实在太阳这样的恒星的核心内,温度高达大约1500万摄氏度,而且由于重力的挤压作用极强,所以星核中的等离子体的密度就会很高。

  以太阳的质量来计算,太阳总共含有10^57颗质子,每时每刻都会有接近 10% 的质子位于太阳的核心部分。

  

  而在高压高温下,位于太阳核心的质子都会具有很高的动能,因此这些质子之间发生碰撞的频率也很高,大约每秒钟与其他粒子发生相互作用的次数会高达数十亿次。

  通过这些碰撞我们可以尝试计算有多少质子获得了足够的能量来进行核反应链条的第一个环节——形成氘核。

  但计算的结果是为零,因为质子们在太阳核心中虽然在进行猛烈碰撞,但是没有哪个质子可以成为更重的原子核,这就说明了核心的温度和密度尚不足以进行整个核聚变。那么要怎样进行核聚变?

  

  其实这离不开量子力学现象的辅助。

  由于太阳核心部分的质子携带的能量不能够抵消其自身电荷所带的斥力,但由于有“量子隧穿”效应的存在,这些质子还会有一定概率形成更加稳定的结合状态,从而释放出核能。由于太阳内部粒子的猛烈碰撞,所以每秒钟还是会有4×10^38个质子变成氦核。

  太阳燃烧的原理是什么?

  在20世纪,科学家们就利用了核物理知识,制造出了原子弹和氢弹,重要的是这些武器在爆炸时可以产生巨大的能量,原子弹依靠的是核裂变,氢弹则发生的核聚变。

  与氢弹产生的能量类似,太阳所产生的强大能量的来源也是核聚变反应,这可不是普通的“燃烧反应”。

  

  太阳内部的组成物质中大概有四分之三都是氢,而其余几乎都是氦,太阳发生燃烧是一个复杂的过程,首先其质子反应产生了氘以及正电子和电子中的中微子这些成分。

  紧接着氘跟质子进一步反应形成了氦3,接着发生反应出现了两个阿尔法粒子,同时还会有中微子的出现,而且在太阳燃烧的不同阶段的反应中都会出现中微子。

  

  其实中微子几乎没有任何质量,但是其穿透力非常强,它能够轻松的到达地球,而中微子就是核聚变反应的一个明显标志,虽然以我们肉眼根本看不到中微子,但是却能看到一些光子和这些光子所组成光谱,因此足以证明太阳并没在真正的“燃烧”。

  这只是一种发光发热的过程,由于太阳温度过高,才造成我们错觉看到太阳在“燃烧”一样。而且太阳发生核聚变反应并不是整个太阳,而是从中心到0.25太阳半径这片区域里。

  

  在这里,在太阳核心处的温度高达1500万度,压力相当于3000亿个大气压,随时都在进行着四个氢核聚变成一个氦核的热核反应。

  太阳的质量有多大,可以燃烧多久?

  在牛顿的万有引力定律中,引力与物体质量成正比,与距离平方成反比,但这个比并不是很精确。后来在万有引力定律问世102年后,英国物理学家卡文迪许发明了扭秤实验,从而精确地得出了引力常数。卡文迪许的引力常数为:G=6.754×10^-11N·m^2kg^2,于是精确的得出了太阳的质量为1.9891x10^30kg。

  

  太阳的燃烧是核心部分在高温高压下发生着热核聚变,据统计大约每秒钟太阳内部有6亿吨的氢聚变成5.958亿吨的氦,转化为能量的质量只是420万吨/每秒。

  换句话说就是太阳每秒钟烧掉的质量为420万吨,那么计算得出,损失的质量1天就是3628.8亿吨,1年就132.5万亿吨。

  而太阳的质量有1.9891x10^30kg,假设按照每年损耗132.5万亿吨计算,太阳的质量可以坚持‬15万亿年,但事实上太阳的寿命只有100亿年。

  

  太阳目前才燃烧了50亿年,比起15万亿年,仅仅过去了1/3000,根本就看不出来什么。更何况人类文明的诞生不过数万年。开始观测太阳更是才几百年,所以根本无法感觉到太阳体积的变化。

  虽然太阳是一直在变化,但由于变化的程度对于它的质量体积来讲,实在是太过于微乎其微了,所以我们的肉眼肯定是难以观察出来的。

  而且,太阳外层就不是固态的,而是本身就在不断变化,散发出来庞大数量的尘粒流物质,都能够围绕太阳磁场的磁力线圈运行轨道进行有序的圆周循环运动。

  

  也是由于这些尘粒流物质量的积累表现,从而形成了目前我们看到的星空灿烂的太空景象,而我们太阳系内的八大行星天体,也都是由太阳历来散发出的尘粒流物质逐渐聚集质量而形成的。

  总而言之就是因为太阳的变化太过于微小,所以我们根本看不出太阳这么微小的变化。

  太阳的生命历程。

  太阳的一生要经历主序星以前、主序星、红巨星、红巨星后期以及白矮星这五个阶段。

  其实太阳在最开始的时候并不是我们现在所见到的样子,它是由一大团气体云在万有引力作用下收缩,直到核心部分的温度和密度升高到一定程度时,发生热核反应,收缩停止。

  

  这时候太阳核心的温度已经达到大约107度,这是由氢核聚变产生出来的能量,而目前我们的太阳正是处于这个阶段。而太阳接下来要进行的就是红巨星阶段了。

  这时候太阳中心区的氢将会被消耗殆尽,产能效率自然也会减少了许多,向外辐射压力也开始减弱,中心区便开始收缩使太阳外壳开始急剧膨胀,太阳体积也变得很大,密度则变得很低。

  。但是这种反应并不会停止仍然继续,当核心温度高达一亿度的时候,会发生三个氦核聚变成一个碳核的热核反应,这时候氦核烧光后,中心区继续收缩,温度进一步急剧上升。

  

  当太阳原子核能接近枯竭,内部温度极高,这时候高温造成的巨大气压和辐射压会使太阳外壳发生大爆炸,大量抛射物质,最后只剩下一个稳定的内核,最后太阳的结局就是变成了很小、很密的白矮星了。

  总结。

  太阳内部进行的“燃烧”并不是普通的燃烧过程,太阳核心的“燃烧”——本质是核聚变,通过核聚变,太阳的部分质量会以能量的形式释放出来,而太阳的质量也确实在减少。

  

  太阳内部的核聚变与太阳质量产生向内的压力是一个动态平衡的过程,但由于太阳质量缓慢减小,所以,事实上,太阳的体积是在不断变大的。

  而且人类开始观测太阳也不过是近百年来的事情,站在亿年的尺度上,太阳质量和体积产生的微小变化,自然也无法用肉眼看到。

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