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太陽用什麽燃料,持續燃燒了46億年?何時會燃燒完?

2024-08-17科學

宇宙裏的恒星不會一直都在,科學家說,咱現在看到的有些恒星其實已經沒了,那要是太陽也沒了,太陽系也就不存在啦。

那每個恒星的壽命可不都一樣,啥決定了它能活多久呢?是品質!而且這品質和恒星壽命是成反比的,簡單說就是,恒星品質越大,活得越短。

那太陽憑啥能維持這麽久的生命呢?太陽離死亡還有多久啊?

那接下來咱就瞅瞅,太陽到底靠啥燃料,能燒了 46 億年?啥時候能燒完呢?

【太陽是太陽系中的老大哥】

雖說在銀河系裏,太陽就只是很小的一丁點兒,可對太陽系來講,太陽那可是相當大的呢。

太陽的品質那可是相當大

想知道太陽到底有多大呢,那可以先瞧瞧太陽系的規模。

拿冥王星來說,它是最先在科伊伯帶被發現的天體,差不多就在太陽系的邊邊上。

在圍著太陽轉的天體裏,它的體積能排到第 9 呢,觀測發現它的執行軌域跟太陽相距差不多 40 個天文單位,也就是大概 60 億千米,可實際上太陽系的範圍比它可大多了,得有它的數十倍呢。

科學家估摸太陽的大小,它的直徑差不多是地球直徑的 109 倍呢,品質則是地球的 33 萬倍,太陽的整個品質在太陽系裏占了 99.86%。

您瞧瞧,圍著太陽轉的那八大行星,那肯定是太陽的「小弟」啊,它們認可太陽的老大地位,其實就是想從太陽那兒弄點能量來。

雖說地球從太陽那兒只能得到太陽能量的22億分之一,可實際上呢,每秒能達到的能量相當於4000萬噸TNT爆炸的能量!

那太陽在太陽系裏那可是妥妥的老大,不過得留神,太陽要發光還得發熱,這就得不停地消耗它內部的品質,它核心的品質差不多能占太陽總品質的一半呢。

【太陽的「燃燒」方式】

組成恒星的東西,大部份是七成多的氫,差不多兩成的氦,剩下的百分之一到百分之二呢,就是別的重元素啦。

通常來講,恒星品質不一樣,那它的重力和內部形成的高溫高壓也不一樣,這就使得它內部物質「燃燒」的時長有了差別。

太陽裏頭的核融合

咱都明白這麽個事兒,雖說咱看到的太陽跟個大火球似的,可實際上呢,它可不是咱以為的那樣在自己內部「燒」著呢。

要知道,物質燃燒得有氧氣參與才行,可宇宙裏大部份地方是真空狀態,那自然就沒氧氣啦。

那太陽內部的「燃燒機制」,其實就是元素的核融合反應啦。

科學家依照主序星的演化模式,透過放射性測定年代的辦法,去測算太陽系裏最古老東西的歲數,發現太陽到現在已經「燒」了,而且這樣的狀態持續了 46 億年。

那它到底是咋做到的呢?

太陽一直「燒」著的一輩子

太陽消耗元素時,最先搞的是氫核融合。

氫的同位元素有氕、氘、氚,特別是氕,在超高溫、高壓的情況下,能讓核外電子不再受原子核的管束,進而使兩個原子核撞到一塊兒。

這倆玩意兒發生聚合反應,這樣就弄出了品質更大的原子核,好比氦那樣的。

這當中,4個氫原子核能融合成1個氦原子核,會有0.0276個單位的品質虧損。每秒鐘大概有400萬噸氫能變成氦,可實際上消耗掉的氫原子核得有6億噸上下呢。

不過大家也許有個疑問,咱都曉得太陽內部的核融合那是熱核反應,這正好跟氫彈爆炸的原理是一樣的。

那為啥太陽老是在搞核融合,可就是沒炸呢?

其實啊,太陽在萬有重力的影響下,品質不停地往內部塌縮,這樣就弄出了一個特別大的外殼。

太陽內部核心的溫度有 1500 萬℃呢,不過這可不耽誤它搞融合,為啥呢?因為它那兒的壓力相當於 2500 億個標準大氣壓。

那核融合雖說產生的放射線壓特大,可它往外擴張產生很大張力時,又有很強的重力和壓力把它給限制住了,正因如此,太陽才沒跟氫彈似的一下就炸了。

【太陽的壽命還剩多少?】

嘿,您知道不,雖說太陽裏邊氫挺多,可並不是所有氫都能搞核融合,只有在核心那旮旯的氫才能放出能量來,這樣的氫大概占了 33%呢。

嘿,在過去的 46 億年裏,太陽進行氫核融合消耗的品質僅僅才占 0.03%。可咱得明白,恒星的壽命不是無限的,它終歸會把內部的東西都給「燒」沒了。

那太陽還能「燒」多長時間呢?

太陽已經到了中年啦

恒星分類的辦法不少,太陽是黃矮星,它的品質啊、大小啊、亮度啥的,在眾多恒星裏也就算中等偏下的水平。

科學家算了算,太陽的總品質大概是 2×10^30 千克,在太陽核心的氫的總品質呢,只有太陽總品質的十分之一,差不多是 2×10^29 千克。

這麽一算,太陽作為主序星的實際壽命也就大概 100 億年,那就是說,太陽的氫核融合還能再持續差不多 54 億年呢。

【太陽的結局】

通常來講,恒星內部元素燃燒是有個先後次序的,等太陽把內部的氫元素都燒沒了,那就會搞氦核融合了。

這會兒太陽到紅巨星階段了,每三個氦核能聚成一個碳核,這時候恒星裏邊的溫度差不多快到 1 到 2 億攝氏度了。

接下來就是碳核融合啦,這時候太陽品質慢慢變少了,裏邊也變得更為繁雜了。

被外部的氫元素圍著,氦層裏邊還藏著個碳球呢。

這時候太陽對地球、火星那些行星的重力會變弱,太陽系慢慢就散架了,各個行星相互間的距離也越拉越開。

一顆挺弱的白矮星

恒星的結局跟它的品質、大小緊密相連,現在科學家透過對天體的觀測,發現它最終的結局就仨:白矮星、中子星、黑洞。

要是恒星的品質比太陽品質的 5 倍還多,等主序星階段完事兒了,就會來個超新星爆炸,然後它們靠著自己的品質,要麽變成一顆中子星,要麽就成了黑洞。

不過這會兒太陽成了紅巨星,它內部溫度一個勁兒往上升,核融合慢慢挪到外層去了,這樣一來放射線強度比重力還強,太陽就不停地變大,它表面的溫度也跟著不停地往下降。

最後,它的外層飄到太空變成了行星狀星雲,裏邊的核心慢慢塌縮成了一顆白矮星,可這時候咱還瞅不見它呢。

紅巨星外邊老是不穩定地脈動震蕩,這就讓它內部的反應也特別不均衡。等這種情況到了極限,太陽就會爆發,把核心以外的東西都給轟走,最後就剩下中間的白矮星了。

這會兒太陽算是開始歇著享清福啦,它內部不再搞核融合反應了,也不自己轉圈兒了。

剛形成白矮星那陣兒,溫度還算挺高,可因為沒了能量來源,它的亮度就會慢慢下降,最後變成宇宙裏冷冰冰的黑矮星。

就現在觀測宇宙的狀況來說,那最老的白矮星還往外散發著好幾千K的溫度呢,所以太陽短時間內不會變成黑矮星。

對人類來講,要是沒本事移民到太陽系外頭去,那也就沒法兒親眼看到太陽完蛋咯。

科學家發現,太陽作為主序星,每燒氫 10 億年,亮度就漲 10%。這意味著太陽接收的熱量不斷增多,結果就是地球變熱,水被蒸發,地球生命還受到紫外線威脅啥的。

那在太陽一直「燒著」的這一過程裏,地球生命剩下的時間也許還不到 10 億年啦。