爱读书 探索 成也太阳败也太阳,只剩10亿年,太阳留给人类的时间不多了

成也太阳败也太阳,只剩10亿年,太阳留给人类的时间不多了

万物生长靠太阳,这是我们小学就懂的道理!但到了中学,我们开始了解太阳的燃烧过程其实是一个核聚变的过程,而它每秒都要消耗超过6.5亿吨的氢元素,聚变成氦后质量亏损约420万吨,以质能转换的方式,变成能量向宇宙空间辐射!

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地球赤道的每个平方,都能获得将近1.4千瓦的功率!太阳上物质烧得那么快,而太阳已经诞生将近50亿年,为什么还没有烧完?

太阳核聚变发现简史

二十世纪以前的科学家非常可爱,对于太阳他们也十分好奇,但偏偏不相信神话传说中的解释,试图从科学的角度来解释太阳燃烧的原理!

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早期猜测太阳可能是烧煤的,也有猜太阳是小行星不断撞击或者认为太阳是一颗岩浆星球不断坍缩获得的热量!但这一切在大致计算出日地距离以及测量太阳平均辐射功率后戛然而止(地球为半径的球体,每平方米辐射功率计算即可知道太阳总辐射功率)!

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太阳的能量实在是太大了,远超于任何一种燃料所能支撑的时间!因为当时发现的化石和地层的考古发现,地球的年龄似乎非常久远,至少也得是数亿年时间,这些当时科学家能想到的办法无法解释太阳那么大能量的来源。

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一直到英国科学家爱丁顿的轻核聚变理论,才摸到一点太阳能量来源的门道,但当时又被另一个拦路虎拦住了去路,早些时候大神史瓦西根据流体压强计算出了太阳核心的温度,而当时的核聚变理论在此温度下,太阳似乎不足以发生核聚变,让当时的科学家颇为尴尬,因为太阳就在发光,似乎正在嘲笑一脸懵逼的科学家们!

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1928年伽莫夫发现了量子隧穿效应,简单的说就是太阳中心最丰富的氢同位素氕氕可以在没有满足原来计算的温度下,以量子力学的概率方式穿过原子核位势,完成聚变!

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因为氕太阳内核能量来源的起点,氕氕聚变成氘,氘再聚变成氦三,氦三氦三聚变成氦四,没有氕氕的最初那个聚变,太阳上一切能量的原料就失去供应了,根本就不会有光发生!

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太阳核聚变燃烧为什么那么慢

上文中,氘的产生速度决定了太阳聚变的速度,就像我们烧柴,柴火放得多,当然火就烧得旺,而太阳最关键的就是这一点,我们知道太阳是一个直径大约140万千米的等离子大火球,但在聚变发生的区域只发生在在内核附近约1/4R的位置,一个直径约35万千米左右的区域!

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在这个位置的高温条件大约是1300万K,2500亿个大气压,但即使在如此条件下,氕氕聚变仍然可能性极低,其隧穿概率大约为10^-20,所以量子隧穿效应决定了太阳内核燃料消耗的速度,因此太阳这颗恒星整个寿命期长达100亿年!

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当然由此我们也知道,恒星越大,温度越高,那么燃烧越快,寿命越短,而以太阳的每秒烧掉6.5亿吨的氢元素尽管看起来很多,但太阳的质量高达1.9891*10^30千克,你就知道,这辈子你是看不到太阳烧完的那一刻了,当然即使再过十辈子也不能!

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不过太阳真正能烧掉的也就中间那个核心层球体位置,绝大部分的燃料还是没烧过,因为这个辐射层和外界没啥对流,很少交换物质,而红矮星则整颗恒星都是对流层,内外物质交换,它烧得更慢,更彻底,所以它的寿命更久,甚至长达上万亿年!

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为什么太阳会越来越热?

前阵子有位读者搞不清楚太阳每过十亿年辐射会增加10%,当然笔者无法计算到底是10%还是11%,但却知道太阳为什么越来越热!

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太阳是一颗黄矮星,它的内核燃烧会会变成氦,但此时并没有达到氦的聚变温度,因此这些氦就像垃圾一样堆积在内部,但它越积越多,引力坍缩温度也会提升,当内核氢大致烧完后,此时外壳和内核交界处的氢会继续燃烧,当然温度升高燃烧速度会增加!

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这就是辐射增加的原因,但这只是开始,好戏还在后头!因为越积越多的氦终有一天会达到燃烧的温度,而此时内核已经处于简并态,聚变会导致热失控(简并态内核没有对流辐射等方式散热),极短的时间内,这颗大约数万千米直径的内核就聚变结束了!

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这些能量被闷在恒星内部,但最终会汹涌的向恒星表面释放,此时的太阳内核就像百万头曹-尼-玛崩腾而过,而到达太阳表面时,会引起天文数字般的能量向宇宙空间释放,当然最简单的方式就如整锅粥突然沸腾了,然后溅出来好多,这就是传说中的氦闪!

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这些溅出来的高能物质会将行星上的生命统统抹除,不过这个时候还早,现代地球的平均温度大约在15摄氏度左右,但在未来十亿年太阳的辐射只会增加,地球会越来越热,大约再过十亿年,地球上就难以过日子了,二十亿年后,地球上就没法呆了,再往后,地球就变成烤蛋,再后来就是上文说的太阳氦闪!

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尽管太阳寿命还有50亿年,但留给人类的就只十亿年了,不过那么久人类还没有跑出太阳系,那么就是烧死也只能自己认了!

延伸阅读:人类利用的几乎都是太阳能

现代人说起利用太阳能,第一个就会想到太阳能电池,了不起还有太阳聚光发电站,除此以外就其他的就是风能、水力以及燃煤电厂和天然气电厂等等,但笔者要提醒一下,我们上文结局的统统都是太阳能!

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风、水力是太阳辐射导致地球水汽循环、大气循环之后的能源,而煤炭、天然气和石油则是有机物将太阳能固化碳存在体内,之后埋藏于地下经过复杂的地质化学作用变成了石化燃料!

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准确的说所有我们吃的食物都来自太阳能,真正的非太阳能只有核能和地热,当然未来如果利用地磁发电那么也不是太阳能!从这个角度看,太阳还真的是万物之母!但最终太阳将自己赋予的一切予以毁灭,就像《普罗米修斯》中的人类不明白造物主为什么要毁灭人类!

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但现在的太阳就如《普罗米修斯》中的造物主,只是人类已经洞察了它的“阴谋”,能不能取得先机,就看人类造化了!

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