太阳升起,又是充满朝气的一天,我们无忧无虑地享受着阳光带来的朝气与温暖,因为这些都是免费的,但殊不知这份温暖终究会有结束的那一天。等到那一天到来,人类文明一直都存在,那就需要寻找新的生存家园了。太阳就像是一颗大火球,孤独的在那里不间断地燃烧,释放着光和热。

很多人不禁疑惑,太阳到底在燃烧什么,为什么可以持续46亿年之久仍不“熄灭”?

太阳的发光发热并不是真正意义上的燃烧

我们知道常规物体的燃烧,是一种化学反应过程,是一种物质变成另外一种物质的过程,必须要满足三要素:可燃物、氧气以及达到着火点。目前这是人类利用能源最简单最直接的方式,同时也是最主要的。

虽然我们把太阳叫作大火球,但它的发光发热并不是真正意义上的燃烧,而是一种原子领域的的变化过程。我们知道元素周期表第一位是氢,这是最轻的元素,而随着序号的增加是元素会越来越重,铁56以前的元素更加容易进行核聚变反应,铁56以后的元素更加容易进行核裂变反应。当然这里所说的“容易”只是相对而言,无论是核裂变反应还是核聚变反应都很难进行。

人类目前掌握的主要是核裂变反应,用这个反应过程中释放的能量来发电,例如现在所有核电站主要利用的都是核裂变反应。核聚变只用在核武器上,例如氢弹就是对核聚变反应的应用,这个过程相对来说不容易控制,但这也正是制作武器适合的条件,武器要求的就是威力大,一瞬间完成反应,而不需要中途停止或者再次启动。

太阳内部进行的就是氢核的聚变反应,每秒钟大约有6亿吨的氢在太阳内核处发生聚变反应,这个过程会损失质量,生成5.95亿吨的氦,而损失的500万吨质量会按照爱因斯坦质能方程转化为能量,以光和热的形式向外传递。

氢弹瞬间爆炸完成,但为何太阳可以“燃烧”46亿年之久?

这是很多人疑惑的问题,氢弹是核聚变反应,它一瞬间就可以完成整个过程,但是太阳的发光发热也是核聚变反应,但是为什么却可以持续46亿年之久,按照科学家的计算未来太阳还会有大约50亿年的寿命。从本质上来说太阳内核处的核聚变反应过程和氢弹爆炸核聚变的过程是一致的,都是原子核的聚变过程中损失质量,变成巨额的能量向外爆发。

但是太阳的核聚变看上去就是缓慢,而氢弹的核聚变就是一瞬间完成的。在这里主要有两点因素:

首先,太阳的质量大,说白了就是“燃料”比较充足。核聚变的反应速率虽然很快,但是奈何需要核聚变的氢核太多了。就像是一根火柴可以燃烧的很快,瞬间就点燃完成了,但是一座森林可能需要燃烧数月都烧不完。

其次,太阳内的核聚变并不是全面进行的,而是在内核处,也就是从其中心点到0.2倍太阳半径处,在这个“球体内”有三个重要的特种:密度高、温度高、压力大。只有在太阳内核处核聚变过程才能成功的进行,前文已经提到了核聚变的进行并不是那么容易,它需要满足很多的条件。

让两个氢核碰撞在一起发生聚变反应,有两个有利的因素,第一是密度大,两个氢核碰撞的几率就增大了,第二氢核的运动速度较快,碰撞的几率也大。那么从宏观上来说就是太阳内核处必须要压力足够大,这也就意味着密度大,同时温度要足够大,那么微观粒子的热运动也就越剧烈。

太阳内核处满足高温和高压的环境,非常有利于氢核聚变反应的发生,但是这个内核的范围却是周期性变化的,首先当核聚变反应比较剧烈的时候它向外辐射的能量就比较多,表现出一种向外推动的力。这种力会导致太阳内核向外膨胀,氢核的碰撞核聚变几率就减小了,核聚变将不是那么剧烈。

这个时候太阳自身质量向内压缩的力量,会让太阳内核处核聚变的效率增加,也就是变得越来越激烈了。可以看到,太阳内核处的核聚变过程一直都处在这种“一呼一吸”的循环过程,这也让太阳内核聚变反应不会瞬间完成。

太阳燃烧完的那一天,地球要怎么办?

不可否认,按照太阳这个质量的恒星,它们的寿命一般都是100亿年左右,目前已经燃烧了46亿年之久,未来大约还有50亿年。届时太阳将进入红巨星时代,那个时候受到内部辐射推动的作用,太阳边缘将不断地向外延伸,最后甚至可以达到火星的公转轨道,这也就意味着地球将进入太阳的内部运行,最终就是烟消云散。

但实际上随着太阳核聚变的进行,其内部氦的含量会越来越多,当达到一定的水平,会瞬间点燃发生氦核的聚变反应,生成碳和氧元素。这个过程是非常迅速的,并且释放的能量是集中巨大的,据科学家的计算太阳发生氦闪释放的能量,会让四颗岩石行星瞬间汽化,而四颗气态巨行星会被推离原来的轨道。

无论哪个过程,地球都不会在太阳的生命终点存活,那么地球上的生命自然也不会善终,但这一切发生的时间可能都是几十亿年以后,这是人类最安心的。

说在最后

人类的发展演化史往多了说几十万年,发展出智慧文明的时间就更短,因此说几十亿年对于人类来说是完全充足的。足够人类发展出更高的科技水平,无论是寻找新的生存家园还是改造地球进行自保,我相信几十亿年对于人类文明来说完全够用了!

文/科学黑洞,图片来源网络侵删。

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