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太陽用了什麽燃料?為什麽燒了幾十億年還沒燒完?

2024-10-28科學

以前的研究告訴我們,太陽大概在46億年前就形成了,這讓人挺想知道,太陽到底是用啥當燃料的?咋就燒了這麽久,幾十億年了還沒燒光呢?

太陽燒的「油」就是氫,它是宇宙裏最多也最簡單的玩意兒。但太陽可不是直接點著氫來用的,它在內部那個又熱又擠的地方,讓氫透過一連串的核融合變魔術。因為氫的原子核就是質子,所以這個過程也叫「質子-質子連環反應」。

「質子-質子鏈反應」其實挺好懂的,就三步。頭一步,倆質子先湊一塊兒,然後其中一個質子就變了,變成了中子,跟另一個質子手拉手就成了氘原子核。第二步呢,這個氘原子核再找個質子,仨人就變成了氦-3原子核。最後一步,倆氦-3原子核一碰,放出倆質子,就變成了氦-4原子核。就這麽簡單!

這些核融合的過程能夠把氫原子核裏藏著的能量給釋放出來,說白了,太陽發出的光和熱就是這麽來的。

說白了,雖然太陽看起來像個大火球在猛烈燃燒,但實際上它並不是在燃燒。太陽的能量是來自於核融合,而我們平時說的燃燒,其實是物質放熱發光的化學反應,這兩者根本不是一回事。但為了簡化說法,我們還是可以說太陽在「燃燒」,只要大家心裏明白它們之間的不同就好。

太陽為啥能燒了幾十億年還沒滅呢?說白了就是兩個原因。一方面,太陽那燃料多得是,根本燒不完。另一方面,它燒得還特別慢,燃料用得超節省。

「燃料多到數不清」這事兒,說起來也簡單,畢竟太陽這家夥,品質是地球的33萬倍,體積更是地球的130萬倍那麽大,想想都讓人驚嘆它到底有多大。可話說回來,為啥太陽燒燃料能燒得那麽慢呢?

其實,「質子-質子鏈反應」裏頭,第一步最難搞定。咱們之前聊過,這一步就是讓倆質子湊一塊兒變成氘原子核。但質子嘛,都帶正電,它們之間就像磁鐵同性相斥那樣,有很大的排斥力擋著。

說白了,就是質子間有個由庫倫斥力形成的「能量障礙」,得跨過去,倆質子才能撞到一起。

咋樣才能讓質子跨過那道「能量門檻」呢?其實,關鍵就在於速度。質子要是跑得飛快,它們就能撞一塊兒了。咱們都知道,溫度嘛,就是那些小粒子亂蹦跶的程度。所以說,溫度要是高到一定程度,質子就能跨過那道「能量門檻」。那到底得多高的溫度呢?起碼得是上億攝氏度才行。

可你知道嗎,太陽芯子裏頭的溫度也就1500萬攝氏度,這溫度聽起來挺高,但實際上不夠勁兒。按說,就憑這點溫度,那「質子-質子鏈反應」壓根兒就點不著火。但咱們擡頭一看,太陽不還是明晃晃地照著,熱乎乎地暖著嘛,這到底是怎麽回事呢?

說真的,這個問題曾讓科學界頭疼了好久,直到「量子穿隧效應」被發現。說白了,「量子穿隧效應」就是讓微觀粒子在能量不夠的時候,也能穿過按經典力學理論來說根本過不去的「能量障礙」,就像大家開玩笑說的,這是「量子世界裏的穿墻絕技」。

得知道,「量子穿隧效應」這事兒得看運氣,能量差一大截,成功的可能就小很多。太陽裏頭那溫度,跟理論上的標準比起來,差得遠了。所以啊,在太陽核心,倆質子要靠「量子穿隧效應」碰個頭,那機率簡直是小得可以忽略不計。

不過,就算兩個質子撞上了,想變成氘原子核也挺難的。它們大多時候會立馬彈開,只有在特別少的情況下,會有一個質子突然β衰變,變成中子,然後跟另一個質子手拉手形成氘原子核。

「量子穿隧效應」本來就難得一見,這下子更是讓「質子-質子鏈反應」的第一步難上加難。在太陽的核心裏,想讓一個質子碰上另一個質子,然後變成氘原子核,那得等上幾十億年呢!真的是超級不容易。

雖然這個機會真的很小,但太陽燃料多得是,就像「這裏不行那裏行」。在太陽中心那數不清的質子裏面,總會有那麽一點點質子「特別走運」,撞在一起變成氘原子核,然後就開始「質子-質子連鎖反應」。正因為這樣,太陽燃料用得特別慢,都燒了幾十億年了還沒燒光。科學家們算了算,太陽的燃料大概還能再燒50億年呢。

行了,今天咱就先聊到這兒,感謝大家捧場,別忘了我們哦,下次咱們再見!

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