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回顾:太阳烧了46亿年,为何还没烧完?它究竟是以什么为燃料?

2024-07-15科学

人类文明史的长度,与恒星或者行星的年龄比起来往往不值一提。

比如为地球提供能量的太阳,已经燃烧了46亿年左右,却依旧显得活力十足,甚至在2023年年初还爆发过几次X级耀斑来彰显自己的「年轻状态」。

太阳在2023年年初曾爆发X级耀斑

那么,太阳究竟是以什么为燃料的呢?为何烧了46亿年却还没烧完呢?

太阳的燃料从何而来?

作为太阳系中心的恒星,太阳的直径约为1392000公里,是地球直径的109倍左右。并且,它的质量也非常惊人,能达到地球的33万倍。

有些人可能觉得,这个数字有些太夸张了,毕竟咱们的地球看起来也不是那么小。

但事实上,地球和太阳比起来确实如同尘埃,因为整个太阳系当中99.86%的质量都被太阳独自承包了。

太阳系当中太阳的质量占比达到了99.86%

过去,人们在对太阳不够了解的时候,总觉得这家伙是因为「表面」燃烧才会看起来这么炙热。

由于人类使用煤炭的时间很早,大家就猜测太阳的内部可能装有大量的煤炭,是那些煤炭确保太阳能够发光发热,这样的话燃料就是煤炭了。

不过,当人们真的用煤炭进行假设,就发现哪怕太阳当中全是煤炭,这些煤炭也只够燃烧5000年左右,而太阳自诞生以来就在燃烧着,至今已有46亿年了。

自太阳诞生以来,它就一直燃烧着

正因如此,不少人觉得太阳是依靠某种物质在进行燃烧这种说法是不对的。直到上世纪,美国的科学家贝蒂提出了一种全新的看法,他表示恒星的燃烧其实发生在它们的内部,在那里存在核反应机制。

对于核反应,大家应该已经不陌生了,不论是恐怖原子弹,还是如今遍布多个国家的核电厂,本质上都是在利用核能。

不过,这些利用的都是核裂变,而太阳的内部是通过核聚变反应产生能量的。

太阳内部通过核聚变反应产生能量

想要完成核聚变,除了要有超高的温度以外,还要有足够的原材料。

根据资料来看,组成太阳的化学物质主要是氢和氦,其中氢的占比约为73%,氦的占比则为25%,剩下的氧元素、碳元素以及各种重元素的总和为2%左右。

由此可见,如今太阳燃烧的原料就是氢元素,其内部一直在进行氢核聚变。当太阳内部4个氢原子核结合在一起的时候,就会发生聚变反应,最终形成1个较大的氦原子核,而在这个过程中会释放出大量的光和热。

太阳内部的热核反应能够释放大量的光和热

不难看出,太阳本质上是在牺牲自己内部的「氢」来发光发热,而由于氢元素在其总质量当中占比很高,所以太阳燃烧其实是以自身质量为代价的。

要不是它的质量能达到2×10^30千克,可能早就已经无法维持现在这种燃烧的状态了。

值得一提的是,内部自带的物质可能也不是太阳唯一的能量来源,有人认为它燃烧的核能还可以通过其他的几种方式产生。

太阳的核能还有别的来源

从某种角度来说,这些方式起到了补充作用,让太阳发光发热的时间可以更加的持久。

太阳燃烧的核能还有其他的产生方式

咱们在上文中说了,太阳的质量在整个太阳系当中占比相当高,这就导致其他的天体在其面前都如同尘埃一样渺小。

这些年来,太阳一直通过内部的核聚变反应发光发热,向太阳系内的各个行星传输能量或者物质。

而这种传输当然不是单向的,它已经形成了固定的循环,就像是地球的生态圈一样。太阳抛出的那些物质,会以其他的方式重回它的内部继续参与反应。比如说,行星间的相互作用就能够产生核能。

行星之间的相互作用也能产生核能

以木星和地球来说,木星往往带有大量的正电荷,它具有发热和发射能量的功能,而地球不具备这些功能,带有的是负电荷。

双方相互作用之下,就能够产生核聚变,最终通过复杂的方式将原料传递给太阳。

除此之外,金星、地球也能向太阳传输转换核能。

之所以做出这种推断,主要是因为金星和地球之间巨大的差异,金星的大气十分浓厚,二氧化碳含量非常高,经常会下「硫酸雨」。

金星上经常会下硫酸雨

而地球则有大量得含盐水,二者一结合就可以变成一个超强蓄电池,像太阳传输转换核能。

最后就是来自银河系的辅助了,众所周知,太阳是会绕着银河系来做公转运动的,在这个运动的过程中,它也一定从银河系当中获取了能量,最终将这种能量进行了转换,补充了自己的燃烧损耗。

太阳可以在公转过程中从银河系获得能量

综上所述,太阳燃烧的主力军是内部的氢元素剧变,辅助的方式有很多种,是它们共同让太阳能够在几十亿年当中保持着「高效燃烧」的状态。

那么,既然「循环」都已经达成了,是否就意味着太阳永远不会衰老或者说熄灭了呢?

太阳的燃料永远不会烧完吗?

在许多人眼中,如果固定的循环已经形成,那么太阳就能在这个循环中生生不息,毕竟存在能源的补充,这样的话太阳永远都不会衰老。

太阳永远都不会衰老吗?

事实上,辅助的那些方式只能从某种程度上适当延长它的寿命,并不能保证它获得永生。

毕竟能量产生的主要贡献者依旧是其内部的核聚变,当其内部的燃料被消耗殆尽的时候,太阳就会进入衰老期。

从目前的情况来看,太阳内部燃料燃烧殆尽的时间大约是50亿年以后。到时候,太阳的体积将会发生惊人的变化。

资料显示比利时鲁汶天文研究所的林恩·德琴教授指出:「再过50亿年,太阳会变成一颗红巨星,比目前的体积大100多倍。它将以恒星风的形式损失大量质量。距今70亿年之后,可能会变成一颗体积很小的白矮星。」

太阳在50亿年以后就会变成一颗红巨星

那时,如果人类文明依旧存在且生活在地球的话,就要尽早考虑搬家的事宜了。因为膨胀的太阳边界会不断向外扩张,在这个过程中水星、金星会接连被它吞噬,地球可能也不例外。

到时候,新的「宜居带」将不再位于现在的位置,而是要朝着冥王星方向推进了。

并且需要注意的是,太阳衰老的变化不仅会对地球造成巨大的影响,可能也会使整个太阳系陷入「混乱」的状态。

当太阳衰老以后,整个太阳系都将陷入混乱

为什么这么说呢?

因为如今的太阳,是依靠着碾压性的质量产生的超强引力,将太阳系内的一众天体固定在它们的轨道上,等到它质量不断损失,引力的影响自然也会随之下降。

到了那时,可能会出现许多不受控制的天体,在这之中质量最大的木星可能会率先「起义」。虽然以它的质量来说,永远也没有可能成为一颗恒星,但是在混乱当中还是有一定「话语权」的。

木星可能会在太阳衰老后意图上位

所以,假如人类要移民,目标就要定在太阳系之外了。

那么,你认为太阳何时会将燃料消耗殆尽呢?