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回顧:持續了近50億年,太陽用啥燃料燃燒?會有燃燒耗盡的一天嗎?

2024-10-13科學

前言

太陽是地球上一切生命的能量來源,為地球上的所有生物默默提供著自己的溫度和光亮,似乎永遠都散發著一股巨大的能量。

在整個人類歷史的文明長河中, 太陽在文化上既是一種崇拜也是信仰,同時在實用性價值上也指引著人類邁進文明社會 ,並且人們透過太陽一天的變化也創造各個民族特有的天文歷法。

然而放眼整個銀河系乃至是整個宇宙,似乎沒有任何一顆恒星能夠永久存在。它們的最後結果要麽是被隕石等天體碰撞而爆炸,要麽是因為自身的能量和壽命耗盡而走向最後的淪陷,所以 一顆恒星的淪陷既有偶然因素也有必然的因素

假使拋開外界天體的碰撞不計,從理論上說任何一顆恒星所儲備的能量都是有限的,無法支撐它永久存活下去。盡管 太陽作為人類最原始的能量來源體,最終也不免要走向這個悲慘的結局。

太陽的燃燒的能量來源

浩瀚宇宙之中存在著各種各樣的星系,各自都有著不同的宇宙法則,而每一個銀河系又存在不計其數的天體,而這些天體並非全是一個種類。天體一共有 恒星體、行星、小行星、中子星、星系、星雲 6大種類;我們熟知的 太陽便是這六種天體之一的恒星體

但是太陽作為 銀河系中唯一一個能夠發光的恒星天體 , 和其他天體在很多方面都不太一樣,主要區別在於 太陽自身重力是其他天體的幾百倍甚至於上萬倍。

除此之外,太陽還能夠自身燃燒和產生巨大的熱量,其主要是因為太陽上面具有足夠多的氫元素,這些氫元素能夠在太陽自身重力的帶動下從而 進行內部原子、質子的相互作用,迸發出新的能量,從而源源不斷的燃燒自己

太陽上的氫元素‍

太陽自身是不能夠平白無故的燃燒和產生任何能量的,它只有依靠其本身攜帶的氫元素,沒錯,就是運用於人們熟知的氫彈和原子彈上的氫元素。

不要以為它距離我們的日常生活十分遙遠,比如水就是由氫和氧元素構成的,氫元素一般不會獨自存在,往往是和其他化學元素結合而形成物質。

同時宇宙中所蘊含的氫元素也是最為豐富的,那麽宇宙中為何會有這麽多的氫原子呢?一方面是因為 宇宙大爆炸時所產生的各種粒子 ,然後透過不斷的 組合以及分裂 ,才最終形成了 氫元素

但是氫元素又是如何成為太陽燃燒的主要能源呢?這就不得不提到氫元素自身的結構了,它的單質形態就是氫氣。

氫元素其即時一個整體的概念,它由3個自然同位元素組成,即氕、氘、氚,它們都是發生核聚變的重要元素。

但是就氫原子本身來說,它的內部的 原子核僅有一個質子 ,但是這絲毫不影響它自身的運動核分裂。當太陽系中的 氫元素匯聚於一起的時候就能夠為其帶來不斷的能量輸送

核聚變提供源源不斷的能量‍

太陽之所以能夠不斷燃燒所迸發能量,一方面是由於太陽上具備著巨大的氫元素資源,另一方面是因為其自身具備的氫元素在各方物質運動和分裂的條件下所導致的氫核聚變,從而能夠為太陽提供巨大的能量。

但是太陽所發生的核聚變卻和原子彈和氫彈產生的核聚變不太一樣。盡管二者都是透過 氫核聚變來實作能量物質的釋放 ,但是從手段和過程上來說,人類所進行的氫核聚變則是 利用一系列技術手段來將氫的氘或者和氚聚變成氦

但是太陽進行的氫核聚變則是 透過氕原子轉變成氘原子來實作氫核聚變 的,二者在手段的本質上還是有著很大的差別。

另一個方面,之所以太陽進行的核聚變能夠源源不斷的發生,而人類所制造的氫彈和原子彈卻是以爆炸形式來展現。主要是因為 氫核聚變會在發生後迸發出一股強大的力量,原子彈和氫彈的彈殼會被瞬間彈飛 ,從而 無法保留住這些能源 來進行繼續的聚變。

而太陽所進行的核聚變則是會被其強大的重力影響,在核聚變發生爆炸後,重力會再次把氫原子中參與聚變的元素吸引回來,然後周而復始,源源不斷的為太陽提供熱量。

「奇妙」的平衡‍

然而太陽之所以能夠有這樣的能力,並非是外界重力和其他技術手段的使然,而是太陽其自身質素和壓力大小所決定的。

太陽自身就是一個巨大的恒星體,於是自生的質素和體積相比於其他行星天體要大上很多,它幾乎 占據了整個太陽系99%的質素體積

而且 每秒約400萬噸的質素在核心區轉化為純粹的能量,產生輻射 。其產生的壓力也使這一溫度已經足夠讓其內部的氫原子來進行聚變了,所以這些先天因素為太陽本身進行核聚變創造了先天因素。

極高的溫度是發生核聚變必不可少的前提,只在太陽內部高溫的環境下才能使之 打破先前的氫原子結構,重組內部的結構體系, 從而 產生一種新的原子 ,最後讓 原子和質子在相互運動中發生裂變 ,使之釋放出一種 更為強大的能量

太陽作為一個體積巨大的恒星體,只有當 內部可以產生超過1500萬攝氏度的高溫時才有條件發生核聚變 。而之所以會產生如此大的高溫能量,主要是因為太陽中心所受到的壓力作用的大小來決定的,如果僅僅是溫度一方面的原因,恐怕還不足以讓太陽內部發生強烈的運動,只有依靠壓力作為另一方的能量才能實作。

太陽產生的壓力會向內壓縮,而核聚變所產生壓力則是一股向外排斥的力。二者相互抵抗,但是又恰恰因為太陽中心能夠調和核聚變的力和自身的壓力,使得二者 既相互牽制又不斷平衡 ,最後釋放出一種巨大的能量。

最後核聚變釋放的巨大能量可以在太陽內部各個方向上的輻射多次被物質吸收、再發射以及散射,迴圈往復。

太陽最後的結局是什麽?

太陽自身產生的氫元素和其他能量物質足夠它燃燒上億年,但是就整個宇宙來說,上億年的時間並不算長久,那麽這些氫元素被消耗殆盡的時候是否就是太陽走向終途的一天?答案是肯定的,據推算,直至現在 太陽已經燃燒了近50億年,差不多已經走完了其自身壽命的一半。

而恰如上文所述,太陽燃燒的「原料」,來源於其內部氫元素之間相互運動所進行的核聚變,所以要去探求太陽能夠存在多久,就需要知道其能量物質的儲存還剩下有多少。

值得一提的是,宇宙天體之間的能量物質來源,大多是來自於138億年前的宇宙大爆炸,它 透過極快的能量沖擊波把各種亞原子粒子帶到了宇宙間的每一處角落

這些 亞原子粒子 透過外界和自身的各種運動 ,變為人們熟知的 中子、質子和電子 等物質構成元素,所以太陽也是透過這種方式而獲取的能源物質。

太陽質素消耗‍

但是因為太陽是作為消耗的能量物質總體,它幾乎每秒要損失420萬噸的能量物質,盡管看起來這個數碼非常大,但是我們不必太過擔心。要知道太陽的物質總量有1.9891*10^27噸, 雖然說太陽已經燃燒了近50億年,所以從能量的消耗上說卻是非常渺小的。

但是為什麽說太陽大致已經走完了一半的歷程呢?主要是因為太陽對於其自身的消耗是循序漸進的,隨著時間的遞進,太陽的重力將不會再對自身核聚變產生很強的控制力,於是能量的消耗將越來越大。

假如地球沒有太陽的結果是什麽?

地球上的植物需要太陽來進行光合作,動物也需要陽光來生存,甚至是人類也不例外,陽光能夠幫助人類從事各種各樣的生產活動。

而地球上所需要進行的水汽迴圈和大氣迴圈等都是離不開太陽的。然而 如果太陽有朝一日燃燒殆盡,那麽它將成為一顆白矮星。

白矮星所發出的光和能量將遠不及太陽為人類帶來的效益大,當太陽自身散發的光亮不足以照亮地球時,那麽所有生物將會被籠罩在一片死寂和黑暗之中。

當太陽燃燒殆盡時,其自身的重力和質素將會大大下降,從而使得太陽系中的各個行星失去平衡和執行軌域,以至於在太空中亂撞,可想而知這是多麽恐怖的事情。

因為行星和行星之間飛行時稍不留神就是星球大爆炸同時地球還會經歷一個明顯的降溫過程,僅僅需要一段時間, 地表平均溫度就會下降到-17.78攝氏度。

照此計算,在一年後地球的溫度則會驟降到-73.33攝氏度!海平面將會完全冰封,不過海面凍結後會形成絕熱效應,因此海洋凍底的時間會持續很久,甚至可能長達千年之久!

到那個時候【流浪地球】所展現的冰封世界將不再是影視虛幻了,人們就可能真的住在地下,憑借各種虛擬儀器來模擬外界的事物了。

太陽能利用方式‍

如果人類能夠好好開發地球的能量就能造福萬代,甚至惠及地球上許多的動物和植物。太陽能作為一種清潔能源,它最大的好處就在於其 毫無汙染 可以再生 ,所以它並既不會像煤炭會被使用殆盡,也不會像石油提取不當便造成海洋的汙染。

但是如果說沒有利用好太陽的能量反而會帶來各種災難,例如幹旱和土地荒漠化等,造成一系列的社會和自然災害問題。

而太陽能的產生也和太陽內部進行的核聚變有關系,主要是利用太陽的輻射能量。中國作為世界第二大經濟體,在 新能源的開發和掌控上已經能夠自主研發出多項技術 ,對於太陽能的開發和利用也是有著我們國家自己的智慧和方法。

例如太陽能火車站,透過在火車站安裝太陽能光伏發電系統,就能 每年供電達1005.457萬度 、提供給大致 5000戶家庭 使用。還有太陽能餐廳,它是透過利用太陽能的形式從而 能夠容納大約600人用餐 ,不僅環保而且也能夠為當地創收。

太陽能僅僅人類利用太陽能量的一個方面,其實在太陽的利用上其實還可以以追溯到更為久遠的時期,例如食物的制作、建築的設計等;都會考慮到太陽的因素。

總語

對於宇宙來說,50億年不算太久,而對於我們人類來說卻是如此的遙不可及,但是也不必杞人憂天擔心太陽會燃燒殆盡,對自然心懷敬畏才是人類生存的長久之道。總而言之太陽始終是人類賴以生存的能源,只有好好利用它,才能真正造福於人類社會,