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太阳用什么燃料,持续燃烧了46亿年?何时会燃烧完?

2024-08-17科学

宇宙里的恒星不会一直都在,科学家说,咱现在看到的有些恒星其实已经没了,那要是太阳也没了,太阳系也就不存在啦。

那每个恒星的寿命可不都一样,啥决定了它能活多久呢?是质量!而且这质量和恒星寿命是成反比的,简单说就是,恒星质量越大,活得越短。

那太阳凭啥能维持这么久的生命呢?太阳离死亡还有多久啊?

那接下来咱就瞅瞅,太阳到底靠啥燃料,能烧了 46 亿年?啥时候能烧完呢?

【太阳是太阳系中的老大哥】

虽说在银河系里,太阳就只是很小的一丁点儿,可对太阳系来讲,太阳那可是相当大的呢。

太阳的质量那可是相当大

想知道太阳到底有多大呢,那可以先瞧瞧太阳系的规模。

拿冥王星来说,它是最先在科伊伯带被发现的天体,差不多就在太阳系的边边上。

在围着太阳转的天体里,它的体积能排到第 9 呢,观测发现它的运行轨道跟太阳相距差不多 40 个天文单位,也就是大概 60 亿千米,可实际上太阳系的范围比它可大多了,得有它的数十倍呢。

科学家估摸太阳的大小,它的直径差不多是地球直径的 109 倍呢,质量则是地球的 33 万倍,太阳的整个质量在太阳系里占了 99.86%。

您瞧瞧,围着太阳转的那八大行星,那肯定是太阳的「小弟」啊,它们认可太阳的老大地位,其实就是想从太阳那儿弄点能量来。

虽说地球从太阳那儿只能得到太阳能量的22亿分之一,可实际上呢,每秒能达到的能量相当于4000万吨TNT爆炸的能量!

那太阳在太阳系里那可是妥妥的老大,不过得留神,太阳要发光还得发热,这就得不停地消耗它内部的质量,它核心的质量差不多能占太阳总质量的一半呢。

【太阳的「燃烧」方式】

组成恒星的东西,大部分是七成多的氢,差不多两成的氦,剩下的百分之一到百分之二呢,就是别的重元素啦。

通常来讲,恒星质量不一样,那它的引力和内部形成的高温高压也不一样,这就使得它内部物质「燃烧」的时长有了差别。

太阳里头的核聚变

咱都明白这么个事儿,虽说咱看到的太阳跟个大火球似的,可实际上呢,它可不是咱以为的那样在自己内部「烧」着呢。

要知道,物质燃烧得有氧气参与才行,可宇宙里大部分地方是真空状态,那自然就没氧气啦。

那太阳内部的「燃烧机制」,其实就是元素的核聚变反应啦。

科学家依照主序星的演化模式,通过放射性测定年代的办法,去测算太阳系里最古老东西的岁数,发现太阳到现在已经「烧」了,而且这样的状态持续了 46 亿年。

那它到底是咋做到的呢?

太阳一直「烧」着的一辈子

太阳消耗元素时,最先搞的是氢核聚变。

氢的同位元素有氕、氘、氚,特别是氕,在超高温、高压的情况下,能让核外电子不再受原子核的管束,进而使两个原子核撞到一块儿。

这俩玩意儿发生聚合反应,这样就弄出了质量更大的原子核,好比氦那样的。

这当中,4个氢原子核能聚变成1个氦原子核,会有0.0276个单位的质量亏损。每秒钟大概有400万吨氢能变成氦,可实际上消耗掉的氢原子核得有6亿吨上下呢。

不过大家也许有个疑问,咱都晓得太阳内部的核聚变那是热核反应,这正好跟氢弹爆炸的原理是一样的。

那为啥太阳老是在搞核聚变,可就是没炸呢?

其实啊,太阳在万有引力的影响下,质量不停地往内部塌缩,这样就弄出了一个特别大的外壳。

太阳内部核心的温度有 1500 万℃呢,不过这可不耽误它搞聚变,为啥呢?因为它那儿的压力相当于 2500 亿个标准大气压。

那核聚变虽说产生的辐射压特大,可它往外扩张产生很大张力时,又有很强的重力和压力把它给限制住了,正因如此,太阳才没跟氢弹似的一下就炸了。

【太阳的寿命还剩多少?】

嘿,您知道不,虽说太阳里边氢挺多,可并不是所有氢都能搞核聚变,只有在核心那旮旯的氢才能放出能量来,这样的氢大概占了 33%呢。

嘿,在过去的 46 亿年里,太阳进行氢核聚变消耗的质量仅仅才占 0.03%。可咱得明白,恒星的寿命不是无限的,它终归会把内部的东西都给「烧」没了。

那太阳还能「烧」多长时间呢?

太阳已经到了中年啦

恒星分类的办法不少,太阳是黄矮星,它的质量啊、大小啊、亮度啥的,在众多恒星里也就算中等偏下的水平。

科学家算了算,太阳的总质量大概是 2×10^30 千克,在太阳核心的氢的总质量呢,只有太阳总质量的十分之一,差不多是 2×10^29 千克。

这么一算,太阳作为主序星的实际寿命也就大概 100 亿年,那就是说,太阳的氢核聚变还能再持续差不多 54 亿年呢。

【太阳的结局】

通常来讲,恒星内部元素燃烧是有个先后次序的,等太阳把内部的氢元素都烧没了,那就会搞氦核聚变了。

这会儿太阳到红巨星阶段了,每三个氦核能聚成一个碳核,这时候恒星里边的温度差不多快到 1 到 2 亿摄氏度了。

接下来就是碳核聚变啦,这时候太阳质量慢慢变少了,里边也变得更为繁杂了。

被外部的氢元素围着,氦层里边还藏着个碳球呢。

这时候太阳对地球、火星那些行星的引力会变弱,太阳系慢慢就散架了,各个行星相互间的距离也越拉越开。

一颗挺弱的白矮星

恒星的结局跟它的质量、大小紧密相连,现在科学家通过对天体的观测,发现它最终的结局就仨:白矮星、中子星、黑洞。

要是恒星的质量比太阳质量的 5 倍还多,等主序星阶段完事儿了,就会来个超新星爆炸,然后它们靠着自己的质量,要么变成一颗中子星,要么就成了黑洞。

不过这会儿太阳成了红巨星,它内部温度一个劲儿往上升,核聚变慢慢挪到外层去了,这样一来辐射强度比重力还强,太阳就不停地变大,它表面的温度也跟着不停地往下降。

最后,它的外层飘到太空变成了行星状星云,里边的核心慢慢塌缩成了一颗白矮星,可这时候咱还瞅不见它呢。

红巨星外边老是不稳定地脉动震荡,这就让它内部的反应也特别不均衡。等这种情况到了极限,太阳就会爆发,把核心以外的东西都给轰走,最后就剩下中间的白矮星了。

这会儿太阳算是开始歇着享清福啦,它内部不再搞核聚变反应了,也不自己转圈儿了。

刚形成白矮星那阵儿,温度还算挺高,可因为没了能量来源,它的亮度就会慢慢下降,最后变成宇宙里冷冰冰的黑矮星。

就现在观测宇宙的状况来说,那最老的白矮星还往外散发着好几千K的温度呢,所以太阳短时间内不会变成黑矮星。

对人类来讲,要是没本事移民到太阳系外头去,那也就没法儿亲眼看到太阳完蛋咯。

科学家发现,太阳作为主序星,每烧氢 10 亿年,亮度就涨 10%。这意味着太阳接收的热量不断增多,结果就是地球变热,水被蒸发,地球生命还受到紫外线威胁啥的。

那在太阳一直「烧着」的这一过程里,地球生命剩下的时间也许还不到 10 亿年啦。