我们知道,地球表面的热量几乎都是来自于太阳的光照,正常的日照的辐射效率是大概每平米平均是170多瓦。但其实只有极其少的太阳光最终来到了地球。如果我们把太阳核聚变反应所释放出来的能量拿钱作为比喻,那太阳相当于每秒钟向宇宙中狂撒70万亿的人民币,但是被地球捡到的仅仅只有不到3万的人民币,而最终被我们人类捡到的也就只有3块的人民币左右。
那么问题就来了,这些能量是如何产生的呢?
今天,我们就聊一聊这个问题。
太阳的核聚变
在宇宙中有个江湖规矩,这个江湖规矩叫做:质量为王。为什么这么说呢?
这是因为一个天体的质量大小,几乎决定了它的类型,如果质量是太阳质量7%以上,那就会成为一颗恒星。如果低于这个门槛,顶多也就是一颗行星。如果质量还要再小一些,可能就是矮行星或者小行星。
但同样是恒星,质量不同,演化的路径就不同,说白了就是恒星的“人生”就会完全不同。这直接决定了这颗恒星最终成为一颗白矮星,还是中子星还是黑洞。
所以,太阳之所以能够发光发热,主要是和它的引力紧密相关。具体来说是这样的,太阳的质量巨大,占据了整个太阳系总质量的99.86%以上,这也就使得太阳的引力十分巨大,这也是为什么太阳系中的天体都绕着太阳转。
巨大的压力迫使太阳的温度急剧升高,表面达到了5500度左右,内核达到了1500万度,200多万个地球标准大气压。此时的太阳内核呈现等离子态,说白了就是电子获得了足够多的能量,摆脱了原子核的束缚,整个太阳内部好像一锅粒子粥,原子核、电子们到处跑。
我们要知道的是,太阳能够发光热主要依靠的是核聚变,说白了就是原子核之间的融合,因此也被称为核融合。但我们要知道的是,原子核都是带正电的,换句话说,原子核之间是会相互排斥的。
因此,要激发核聚变反应是需要大量的能量输入的,正常来说我们引爆一个同样利用核聚变反应的氢弹,至少需要1亿的环境温度。也就是说,太阳内部的环境条件,由于温度太低还不足以促发核聚变反应。
但是在微观世界中,存在着量子隧穿效应,意思是说,原本需要能量输入才能实现的反应,在微观世界中也有一定的概率会发生,只不过这个概率极其的低,大概一对质子要发生反应需要要10亿年的时间。
照理说这个概率是十分接近于不会发生。不过,太阳足够大,其中的粒子数足够多。因此可以迫使反应得以进行,只不过会很缓慢地进行,而不是像氢弹那样一下全炸了。
这个过程大概就是质子和质子的反应,分为3个阶段,我们也称为质子-质子反应链。太阳内部的核聚变反应主要就是这款。但是一些恒星还会进行碳氮氧循环的反应,说白了也是质子和质子反应生成了氦-4,只不过这个过程碳元素、氧元素、氦元素起到了催化剂的作用。