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太阳“燃烧”50亿年都没熄灭?科学家推翻燃烧说,真实原理曝光

宇宙解码  · 公众号  · 科学  · 2025-02-26 20:49

正文

太阳的能量来源并非我们通常所理解的地球上的燃烧反应。在地球上,燃烧是物质与氧气结合并释放能量的化学反应。

而太阳的能量产生机制是核聚变。20世纪初,物理学家曾认为太阳的能量来源于引力收缩,但1920年,英国天文学家亚瑟·爱丁顿提出了新的猜想:太阳的能量源自原子核的变化,即核聚变。

太阳的核心犹如一个巨大的“核反应炉”。这个“核反应炉”的直径约为25万公里,温度高达1500万摄氏度,压强更是达到地球海平面大气压的2500亿倍。

在如此极端的环境下,氢原子核(质子)以每秒数百公里的速度剧烈运动。按照经典物理学,带正电的质子本应因电磁斥力而无法靠近,但量子力学中的隧道效应使它们有微小的概率突破屏障。


当两个质子距离小于1飞米(10⁻¹⁵米)时,强核力会瞬间将其“粘合”成氘核(含一个质子和一个中子的氢同位素)。随后,氘核继续与其他质子碰撞,经过一系列复杂的反应,最终形成氦核(含2个质子和2个中子)。

在这一过程中,伴随着巨大的质量亏损。根据爱因斯坦的质能方程E=mc²,每合成一个氦核,约有0.7%的质量转化为能量,相当于4.3×10⁻¹²焦耳的能量。


虽然这一比例看似微小,但每秒钟太阳核心约有6亿吨氢转化为5.96亿吨氦,损失的400万吨质量全部转化为能量。这相当于每秒钟引爆900亿颗百万吨级氢弹,其释放的能量足以照亮整个太阳系。太阳作为一个质量达到1.989×10^30千克的气态巨球,其最初的氢含量约占73%(约1.453×10^30千克)。但核聚变的发生需要特定条件,只有太阳核心半径的25%区域(大约占太阳总质量的10%)具备进行热核反应的条件。

经过计算,这个核反应堆初始储存的“燃料”大约为6×10^26吨氢元素。按照当前的消耗速度(每秒消耗6亿吨氢),太阳的核聚变过程可以持续约100亿年。

在太阳漫长的生命历程中,它会经历多个阶段的演化。目前,太阳正处于主序星阶段,这是太阳相对稳定的时期。

然而,随着核心氢燃料的逐渐消耗,太阳将进入下一个阶段的演化。当太阳核心的氢丰度降至一定程度时,太阳将进入剧烈的演化阶段,这对地球的未来产生了深远的影响。

太阳的红巨星阶段是其演化过程中的一个重要阶段。当太阳核心的氢燃料消耗到一定程度时,太阳将进入红巨星阶段。

在这个阶段,太阳的体积会急剧膨胀,直径将扩大至原来的数百倍。太阳的表面温度会降低,呈现出红橙色的光芒。


此时的太阳,就像一个巨大的热气球,不断地向外扩张。在红巨星阶段,太阳的外层物质会在辐射压力的作用下迅速膨胀。太阳的直径将扩大至200倍左右,其强大的引力和辐射可能会对太阳系内的行星产生巨大的影响。

对于地球来说,这是一个极其危险的时期。如果太阳的膨胀未能完全吞没地球,其剧烈的辐射也足以蒸发海洋、剥离大气,将地球的地表化为熔岩荒漠。


而如果地球被太阳的外层包裹,则可能因摩擦而坠入太阳的核心,彻底汽化。当太阳经历了漫长的主序星阶段和剧烈的红巨星阶段后,它将走向生命的终点。随着太阳内部的核聚变反应不断进行,氢燃料逐渐耗尽,核心的氦开始聚集并发生核聚变。

然而,这种核聚变所产生的能量无法与太阳早期的氢核聚变相比。此时,太阳的外层物质会在引力的作用下逐渐向外抛射,形成一个美丽而神秘的行星状星云。







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