当前位置: 华文世界 > 科学

太阳用了什么燃料?为什么烧了几十亿年还没烧完?

2024-10-28科学

以前的研究告诉我们,太阳大概在46亿年前就形成了,这让人挺想知道,太阳到底是用啥当燃料的?咋就烧了这么久,几十亿年了还没烧光呢?

太阳烧的「油」就是氢,它是宇宙里最多也最简单的玩意儿。但太阳可不是直接点着氢来用的,它在内部那个又热又挤的地方,让氢通过一连串的核聚变变魔术。因为氢的原子核就是质子,所以这个过程也叫「质子-质子连环反应」。

「质子-质子链反应」其实挺好懂的,就三步。头一步,俩质子先凑一块儿,然后其中一个质子就变了,变成了中子,跟另一个质子手拉手就成了氘原子核。第二步呢,这个氘原子核再找个质子,仨人就变成了氦-3原子核。最后一步,俩氦-3原子核一碰,放出俩质子,就变成了氦-4原子核。就这么简单!

这些核聚变的过程能够把氢原子核里藏着的能量给释放出来,说白了,太阳发出的光和热就是这么来的。

说白了,虽然太阳看起来像个大火球在猛烈燃烧,但实际上它并不是在燃烧。太阳的能量是来自于核聚变,而我们平时说的燃烧,其实是物质放热发光的化学反应,这两者根本不是一回事。但为了简化说法,我们还是可以说太阳在「燃烧」,只要大家心里明白它们之间的不同就好。

太阳为啥能烧了几十亿年还没灭呢?说白了就是两个原因。一方面,太阳那燃料多得是,根本烧不完。另一方面,它烧得还特别慢,燃料用得超节省。

「燃料多到数不清」这事儿,说起来也简单,毕竟太阳这家伙,质量是地球的33万倍,体积更是地球的130万倍那么大,想想都让人惊叹它到底有多大。可话说回来,为啥太阳烧燃料能烧得那么慢呢?

其实,「质子-质子链反应」里头,第一步最难搞定。咱们之前聊过,这一步就是让俩质子凑一块儿变成氘原子核。但质子嘛,都带正电,它们之间就像磁铁同性相斥那样,有很大的排斥力挡着。

说白了,就是质子间有个由库伦斥力形成的「能量障碍」,得跨过去,俩质子才能撞到一起。

咋样才能让质子跨过那道「能量门槛」呢?其实,关键就在于速度。质子要是跑得飞快,它们就能撞一块儿了。咱们都知道,温度嘛,就是那些小粒子乱蹦跶的程度。所以说,温度要是高到一定程度,质子就能跨过那道「能量门槛」。那到底得多高的温度呢?起码得是上亿摄氏度才行。

可你知道吗,太阳芯子里头的温度也就1500万摄氏度,这温度听起来挺高,但实际上不够劲儿。按说,就凭这点温度,那「质子-质子链反应」压根儿就点不着火。但咱们抬头一看,太阳不还是明晃晃地照着,热乎乎地暖着嘛,这到底是怎么回事呢?

说真的,这个问题曾让科学界头疼了好久,直到「量子隧穿效应」被发现。说白了,「量子隧穿效应」就是让微观粒子在能量不够的时候,也能穿过按经典力学理论来说根本过不去的「能量障碍」,就像大家开玩笑说的,这是「量子世界里的穿墙绝技」。

得知道,「量子隧穿效应」这事儿得看运气,能量差一大截,成功的可能就小很多。太阳里头那温度,跟理论上的标准比起来,差得远了。所以啊,在太阳核心,俩质子要靠「量子隧穿效应」碰个头,那概率简直是小得可以忽略不计。

不过,就算两个质子撞上了,想变成氘原子核也挺难的。它们大多时候会立马弹开,只有在特别少的情况下,会有一个质子突然β衰变,变成中子,然后跟另一个质子手拉手形成氘原子核。

「量子隧穿效应」本来就难得一见,这下子更是让「质子-质子链反应」的第一步难上加难。在太阳的核心里,想让一个质子碰上另一个质子,然后变成氘原子核,那得等上几十亿年呢!真的是超级不容易。

虽然这个机会真的很小,但太阳燃料多得是,就像「这里不行那里行」。在太阳中心那数不清的质子里面,总会有那么一点点质子「特别走运」,撞在一起变成氘原子核,然后就开始「质子-质子连锁反应」。正因为这样,太阳燃料用得特别慢,都烧了几十亿年了还没烧光。科学家们算了算,太阳的燃料大概还能再烧50亿年呢。

行了,今天咱就先聊到这儿,感谢大家捧场,别忘了我们哦,下次咱们再见!

(文中有些图片是从网上找的,要是侵犯了谁的权益,请联系作者处理)