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回顾:持续了近50亿年,太阳用啥燃料燃烧?会有燃烧耗尽的一天吗?

2024-10-13科学

前言

太阳是地球上一切生命的能量来源,为地球上的所有生物默默提供着自己的温度和光亮,似乎永远都散发着一股巨大的能量。

在整个人类历史的文明长河中, 太阳在文化上既是一种崇拜也是信仰,同时在实用性价值上也指引着人类迈进文明社会 ,并且人们通过太阳一天的变化也创造各个民族特有的天文历法。

然而放眼整个银河系乃至是整个宇宙,似乎没有任何一颗恒星能够永久存在。它们的最后结果要么是被陨石等天体碰撞而爆炸,要么是因为自身的能量和寿命耗尽而走向最后的毁灭,所以 一颗恒星的毁灭既有偶然因素也有必然的因素

假使抛开外界天体的碰撞不计,从理论上说任何一颗恒星所储备的能量都是有限的,无法支撑它永久存活下去。尽管 太阳作为人类最原始的能量来源体,最终也不免要走向这个悲惨的结局。

太阳的燃烧的能量来源

浩瀚宇宙之中存在着各种各样的星系,各自都有着不同的宇宙法则,而每一个银河系又存在不计其数的天体,而这些天体并非全是一个种类。天体一共有 恒星体、行星、小行星、中子星、星系、星云 6大种类;我们熟知的 太阳便是这六种天体之一的恒星体

但是太阳作为 银河系中唯一一个能够发光的恒星天体 , 和其他天体在很多方面都不太一样,主要区别在于 太阳自身引力是其他天体的几百倍甚至于上万倍。

除此之外,太阳还能够自身燃烧和产生巨大的热量,其主要是因为太阳上面具有足够多的氢元素,这些氢元素能够在太阳自身引力的带动下从而 进行内部原子、质子的相互作用,迸发出新的能量,从而源源不断的燃烧自己

太阳上的氢元素‍

太阳自身是不能够平白无故的燃烧和产生任何能量的,它只有依靠其本身携带的氢元素,没错,就是运用于人们熟知的氢弹和原子弹上的氢元素。

不要以为它距离我们的日常生活十分遥远,比如水就是由氢和氧元素构成的,氢元素一般不会独自存在,往往是和其他化学元素结合而形成物质。

同时宇宙中所蕴含的氢元素也是最为丰富的,那么宇宙中为何会有这么多的氢原子呢?一方面是因为 宇宙大爆炸时所产生的各种粒子 ,然后通过不断的 组合以及分裂 ,才最终形成了 氢元素

但是氢元素又是如何成为太阳燃烧的主要能源呢?这就不得不提到氢元素自身的结构了,它的单质形态就是氢气。

氢元素其实时一个整体的概念,它由3个自然同位元素组成,即氕、氘、氚,它们都是发生核聚变的重要元素。

但是就氢原子本身来说,它的内部的 原子核仅有一个质子 ,但是这丝毫不影响它自身的运动核分裂。当太阳系中的 氢元素汇聚于一起的时候就能够为其带来不断的能量输送

核聚变提供源源不断的能量‍

太阳之所以能够不断燃烧所迸发能量,一方面是由于太阳上具备着巨大的氢元素资源,另一方面是因为其自身具备的氢元素在各方物质运动和分裂的条件下所导致的氢核聚变,从而能够为太阳提供巨大的能量。

但是太阳所发生的核聚变却和原子弹和氢弹产生的核聚变不太一样。尽管二者都是通过 氢核聚变来实现能量物质的释放 ,但是从手段和过程上来说,人类所进行的氢核聚变则是 利用一系列技术手段来将氢的氘或者和氚聚变成氦

但是太阳进行的氢核聚变则是 通过氕原子转变成氘原子来实现氢核聚变 的,二者在手段的本质上还是有着很大的差别。

另一个方面,之所以太阳进行的核聚变能够源源不断的发生,而人类所制造的氢弹和原子弹却是以爆炸形式来展现。主要是因为 氢核聚变会在发生后迸发出一股强大的力量,原子弹和氢弹的弹壳会被瞬间弹飞 ,从而 无法保留住这些能源 来进行继续的聚变。

而太阳所进行的核聚变则是会被其强大的引力影响,在核聚变发生爆炸后,引力会再次把氢原子中参与聚变的元素吸引回来,然后周而复始,源源不断的为太阳提供热量。

「奇妙」的平衡‍

然而太阳之所以能够有这样的能力,并非是外界引力和其他技术手段的使然,而是太阳其自身质量和压力大小所决定的。

太阳自身就是一个巨大的恒星体,于是自生的质量和体积相比于其他行星天体要大上很多,它几乎 占据了整个太阳系99%的质量体积

而且 每秒约400万吨的质量在核心区转化为纯粹的能量,产生辐射 。其产生的压力也使这一温度已经足够让其内部的氢原子来进行聚变了,所以这些先天因素为太阳本身进行核聚变创造了先天因素。

极高的温度是发生核聚变必不可少的前提,只在太阳内部高温的环境下才能使之 打破先前的氢原子结构,重组内部的结构体系, 从而 产生一种新的原子 ,最后让 原子和质子在相互运动中发生裂变 ,使之释放出一种 更为强大的能量

太阳作为一个体积巨大的恒星体,只有当 内部可以产生超过1500万摄氏度的高温时才有条件发生核聚变 。而之所以会产生如此大的高温能量,主要是因为太阳中心所受到的压力作用的大小来决定的,如果仅仅是温度一方面的原因,恐怕还不足以让太阳内部发生强烈的运动,只有依靠压力作为另一方的能量才能实现。

太阳产生的压力会向内压缩,而核聚变所产生压力则是一股向外排斥的力。二者相互抵抗,但是又恰恰因为太阳中心能够调和核聚变的力和自身的压力,使得二者 既相互牵制又不断平衡 ,最后释放出一种巨大的能量。

最后核聚变释放的巨大能量可以在太阳内部各个方向上的辐射多次被物质吸收、再发射以及散射,循环往复。

太阳最后的结局是什么?

太阳自身产生的氢元素和其他能量物质足够它燃烧上亿年,但是就整个宇宙来说,上亿年的时间并不算长久,那么这些氢元素被消耗殆尽的时候是否就是太阳走向终途的一天?答案是肯定的,据推算,直至现在 太阳已经燃烧了近50亿年,差不多已经走完了其自身寿命的一半。

而恰如上文所述,太阳燃烧的「原料」,来源于其内部氢元素之间相互运动所进行的核聚变,所以要去探求太阳能够存在多久,就需要知道其能量物质的储存还剩下有多少。

值得一提的是,宇宙天体之间的能量物质来源,大多是来自于138亿年前的宇宙大爆炸,它 通过极快的能量冲击波把各种亚原子粒子带到了宇宙间的每一处角落

这些 亚原子粒子 通过外界和自身的各种运动 ,变为人们熟知的 中子、质子和电子 等物质构成元素,所以太阳也是通过这种方式而获取的能源物质。

太阳质量消耗‍

但是因为太阳是作为消耗的能量物质总体,它几乎每秒要损失420万吨的能量物质,尽管看起来这个数字非常大,但是我们不必太过担心。要知道太阳的物质总量有1.9891*10^27吨, 虽然说太阳已经燃烧了近50亿年,所以从能量的消耗上说却是非常渺小的。

但是为什么说太阳大致已经走完了一半的历程呢?主要是因为太阳对于其自身的消耗是循序渐进的,随着时间的递进,太阳的引力将不会再对自身核聚变产生很强的控制力,于是能量的消耗将越来越大。

假如地球没有太阳的结果是什么?

地球上的植物需要太阳来进行光合作,动物也需要阳光来生存,甚至是人类也不例外,阳光能够帮助人类从事各种各样的生产活动。

而地球上所需要进行的水汽循环和大气循环等都是离不开太阳的。然而 如果太阳有朝一日燃烧殆尽,那么它将成为一颗白矮星。

白矮星所发出的光和能量将远不及太阳为人类带来的效益大,当太阳自身散发的光亮不足以照亮地球时,那么所有生物将会被笼罩在一片死寂和黑暗之中。

当太阳燃烧殆尽时,其自身的引力和质量将会大大下降,从而使得太阳系中的各个行星失去平衡和运行轨道,以至于在太空中乱撞,可想而知这是多么恐怖的事情。

因为行星和行星之间飞行时稍不留神就是星球大爆炸同时地球还会经历一个明显的降温过程,仅仅需要一段时间, 地表平均温度就会下降到-17.78摄氏度。

照此计算,在一年后地球的温度则会骤降到-73.33摄氏度!海平面将会完全冰封,不过海面冻结后会形成绝热效应,因此海洋冻底的时间会持续很久,甚至可能长达千年之久!

到那个时候【流浪地球】所展现的冰封世界将不再是影视虚幻了,人们就可能真的住在地下,凭借各种虚拟仪器来模拟外界的事物了。

太阳能利用方式‍

如果人类能够好好开发地球的能量就能造福万代,甚至惠及地球上许多的动物和植物。太阳能作为一种清洁能源,它最大的好处就在于其 毫无污染 可以再生 ,所以它并既不会像煤炭会被使用殆尽,也不会像石油提取不当便造成海洋的污染。

但是如果说没有利用好太阳的能量反而会带来各种灾难,例如干旱和土地荒漠化等,造成一系列的社会和自然灾害问题。

而太阳能的产生也和太阳内部进行的核聚变有关系,主要是利用太阳的辐射能量。我国作为世界第二大经济体,在 新能源的开发和掌控上已经能够自主研发出多项技术 ,对于太阳能的开发和利用也是有着我们国家自己的智慧和方法。

例如太阳能火车站,通过在火车站安装太阳能光伏发电系统,就能 每年供电达1005.457万度 、提供给大致 5000户家庭 使用。还有太阳能餐厅,它是通过利用太阳能的形式从而 能够容纳大约600人用餐 ,不仅环保而且也能够为当地创收。

太阳能仅仅人类利用太阳能量的一个方面,其实在太阳的利用上其实还可以以追溯到更为久远的时期,例如食物的制作、建筑的设计等;都会考虑到太阳的因素。

总语

对于宇宙来说,50亿年不算太久,而对于我们人类来说却是如此的遥不可及,但是也不必杞人忧天担心太阳会燃烧殆尽,对自然心怀敬畏才是人类生存的长久之道。总而言之太阳始终是人类赖以生存的能源,只有好好利用它,才能真正造福于人类社会,