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  • 1 # 鍾銘聊科學

    其實太陽自身擁有一項人類夢寐以求的技術:可控核聚變反應。

    那具體咋回事呢?

    我們需要先來了解一下太陽形成。話說宇宙大爆炸之後,經歷了兩代恆星。在目前太陽系附近位置,第二代恆星發生了超新星爆炸,把物質拋到了太空當中。

    後來,在現在太陽系附近的位置,星雲物質開始在引力的作用下形成了太陽以及太陽系早期的其他天體。而太陽和其他行星最大的區別在於,太陽佔據了太陽系99.86%以上的品質,99%以上是氫元素和氦元素組成。在這個尺度下,太陽的物質在引力作用下都在向中心壓縮,當中太陽核心的位置溫度變得特別特別高,其實本來是達不到足以引發氫的核聚變反應的溫度。但由於量子隧穿效應的存在,所以可以發生了核聚變反應。

    這裡,我們要注意了,這種反應其實和氫彈的原理是一樣的,但是太陽沒有像氫彈一下子炸掉,

    是因為太陽的核心的核聚變反應和溫度是相關的,而溫度高低其實取決於太陽核心受到的壓力作用的大小。這其中有一對相互博弈的力,一個是太陽自身引力,一個是核聚變向外產生的向外壓力。

    如果太陽自身引力佔據上風,而核聚變向外壓力處於下風,那說明太陽核心的受到的壓力是比較大的,溫度就會上升,這時核聚變反應就會更劇烈一些,產生更大的向外壓力,去和引力抗衡。這時候,中心的受到的壓力就會下降,溫度就會降低。

    如果核聚變向外的壓力處於上風,而太陽引力處於下風,那說明太陽核心受到的壓力是比較小的,溫度就會下降,核反應的程度也就會減弱,這時候向外的壓力就會減弱。這時候,引力就會慢慢佔據上風的位置,讓核反應的程度加強。

    因此,太陽自身引力其實和核聚變向外的壓力使得太陽的核反應處於一種動態平衡的狀態,這才使得太陽不會一下子炸掉。

    不過,太陽的穩定並不是持續不變的,要知道太陽要時時刻刻向外輻射能量,每秒大約有400萬噸的品質轉變為能量,也就是損失掉這麼多的品質。隨著品質的減少,太陽的引力也就會減弱,當減弱到一定程度之後,引力就不足以對抗核聚變產生的向外壓力,太陽就會膨脹得特別大。太陽的大氣可以差不多擴大到地球軌道附近。地球甚至有被吞沒的可能性。

    這時候的太陽其實變成了一顆紅巨星,而我們現在的太陽其實處於青壯年的狀態,在天文學上也叫做主序星時期。這個時期大概會持續100億年,現在是已經度過了46億年。也就是說,再過50多億年後,太陽將會控制不住自己,膨脹開來。

  • 2 # 量子科學論

    “我們有理由相信,在不久的將來,能夠理解恆星是如何工作的。”——阿瑟·愛丁頓,1926年

    太陽和所有的恆星一樣,通過核反應發光,發熱,在數十億年的時間裡將能量送入宇宙空間。但是我們知道太陽的品質大約是地球的30萬倍,主要以氫的形式存在,那太陽為什麼沒有發生失控的核聚變,在很短的時間內消耗所有的燃料?而是穩定的在燃燒。

    恆星為什麼不會失控

    要知道這個問題的答案,我們就要進入太陽的內部看一下為什麼太陽需要數十億年的時間才能緩慢的耗盡燃料。我們先把太陽和太陽系中的行星做一個比較!

    當我們觀察太陽系的內行星時,體積最小的行星水星也是品質最小的。下一個是火星,其次是金星和地球,內行星的品質和大小都很接近。當我們把越來越多的原子堆在一起的時候,原子數越多,組成的物體體積越大品質越大。但對於外行星來說。土星是太陽系中第二大的行星,其大小與木星差不多,直徑約為木星的85%。但是在品質方面呢?土星的品質只有木星的三分之一!這個大小和品質不成比例啊,為了理解發生了什麼,我們必須深入到原子層面。

    木星是由氫和其他密度極高的元素構成。土星幾乎是由相同的物質構成的,但木星的品質是土星的三倍。

    所以木星的壓力更大,原子會在更大的引力下向中心收縮,隨著品質的增加,原子之間的距離也越來越近。

    當核心點燃核聚變的時候整個行星就會膨脹。這是為什麼呢?

    當一顆行星在引力的作用下壓縮原子的時候,原子本身的結構就可以抵抗引力。但是一旦壓力過高,密度過大,發生核聚變的時候,品質轉化為能量。而能量就以光子的形式向外輻射,產生輻射壓力,將整個恆星的原子向外推。

    此時就不是原子在抵抗引力了,而是核聚變產生的輻射壓力。這樣恆星就進入了一個主序星階段,輻射和引力基本平衡,元素也會緩慢的沉降到核心!這樣恆星就不會發生失控的核聚變了。那麼是什麼決定了恆星的反應速率呢?

    恆星品質的大小決定了其壽命

    一顆像紅矮星這樣的低品質恆星要比木星大很多倍,而一顆像太陽這樣的恆星則要大得多。

    對於太陽來說,每一秒鐘就會把6億噸氫聚變成氦!這六億噸的核聚變發生在太陽的核心(太陽半徑的20%)。但是要記住,太陽的半徑是70萬公里;在其直徑上可以排列100多個地球!如果我們把太陽核聚變的區域和它整個體積相比,我們會發現太陽每立方米“只”產生大約300瓦的熱量,也就是兩個成年男性所產生的熱量。理論上,一群太陽核心大小的人可以產生和太陽一樣多的熱量。

    核聚變的速率很大程度上取決於恆星核心的大小。對於我們的太陽來說,99%的聚變發生在恆星最內部24%的區域。對於品質較低的恆星來說,核心越來越小,這就大大降低了聚變的速率。

    也就說說恆星的品質越低,就越暗,越冷,越紅,壽命也就越長!

    像太陽這樣的g型恆星可能會存活100 - 150億年,而一顆低品質、昏暗的紅矮星(m型恆星)可能存在幾千億到幾萬億年,遠遠超過宇宙的年齡!

    但另一方面,當恆星變得越來越大,聚變核心就會變得越來越大。最大、最藍的o型星的品質是太陽的100多倍,在不到100萬年的時間裡就會燃燒完全部的氫燃料!

    對於所有像像太陽一樣燃燒氫的恆星來說,決定恆星壽命的唯一因素是恆星的自身品質。

    因此太陽以現在這樣均衡緩慢的速度進行核聚變是因為它處在一個合適的品質。核聚變產生的輻射也足以抵消太陽內部的引力,正是正是核聚變和引力的平衡阻止了太陽的膨脹或收縮。恆星越大,釋放出的輻射就越多,燃料的燃燒速度也就越快。這就是太陽由內而外的工作原理!

  • 3 # 講科學堂

    太陽是利用核聚變反應釋放出巨大的能量的,相當於每秒鐘919億顆100萬噸級的氫彈同時爆炸。這樣的“爆炸”已經進行了約46億年了。

    那麼,為什麼太陽不會一下子全部“炸”了呢?

    實現核聚變反應需要滿足兩個條件:足夠的壓力和溫度。雖然太陽的品質非常巨大~相當於33萬個地球。但即使這樣巨大的品質也只能使太陽半徑的30%以內的壓力和溫度達到核聚變反應的條件。且99%的核聚變反應都發生在其半徑的24%以內。

    當核聚變反應釋放出來輻射壓使太陽膨脹時,其內部的壓力就會減小,核聚變反應效率就會降低。然後太陽就會收縮,核聚變反應效率又會增加……這樣就使得太陽的核聚變反應效率在較短時間內保持了一個平衡。

    但太陽的核聚變效率會隨著時間的推移逐步提高的。這是由於氫的核聚變反應產物為氦。由於太陽的品質達不到讓氦產生核聚變反應的壓力和溫度,氦會在太陽的核心處積累。太陽的壓力會使氦核坍縮成電子簡併態物質。氦核坍縮時會帶著周圍的氫坍縮,這樣就使氫的核聚變反應效率增加。

    氦核越來越大,氫的核聚變反應效率就會越來強。太陽的光度就會越來越強。這可能就是地球在最開始的幾億年沒有誕生生命的原因之一。這也是在10億年後地球因為太陽的光度增加被烤乾的原因。

    有沒有突然就一下子“炸”了的恆星呢?

    在宇宙中,由多顆恆星構成的系統是非常常見的,例如:離我們最近的半人馬座α星就是一個三合星系統。在一個多星系統裡,當一顆品質稍大的恆星燃料耗盡後成為了一顆白矮星~它是由碳、氧元素的電子簡併態構成。它可能會從其伴星處吸收氣體。當白矮星的品質(品質越大,壓力就越大)達到點燃碳的核聚變條件時,就會發生劇烈的爆炸,這就是Ia超新星爆發。

    這是由於簡併態物質的密度不會隨著溫度的增加而減小,當簡併態碳元素髮生核聚變時,溫度會急劇上升。核聚變反應效率增加,溫度進一步的提高……這就形成了熱失控狀態的核聚變反應。這樣,白矮星就一下子“爆炸”了。

    由於Ia超新星的起爆條件差不多的,所以它的亮度是一樣的。同時,我們也知道亮度與距離的平方成反比。科學家利用這一點,利用Ia超新星這個標準燭光進行超遠距離的測距。

  • 4 # 艾伯史密斯

    答:太陽內部的核聚變反應,只在太陽中心的一小塊區域內進行,由於太陽巨大的引力,核聚變釋放能量產生的熱膨脹和引力相互平衡,所以太陽不會瞬間解體。

    太陽每秒鐘釋放大約4*10^26焦耳能量,相當於5萬億顆廣島原子彈釋放的能量總和,在太陽內部,主要進行著氫元素向氦元素的聚變反應,和氫彈的核反應原理類似。

    之所以太陽不會瞬間爆炸解體,主要是太陽有著巨大的引力,核反應釋放能量產生的熱膨脹,還不足以讓太陽物質完全脫離太陽引力;而太陽真正的核反應區,大約只有0.25個太陽半徑,中心區域的溫度高達1500萬度,壓力高達3000億個大氣壓。

    太陽表面溫度只有大約5500℃,所以太陽從內到外,溫度梯度是非常大的,只有中心的核反應區才進行著核聚變反應,接近太陽表面的絕大部分割槽域,都是太陽物質的對流區,熱膨脹和太陽引力相互平衡。

    氫彈的核反應原理雖然和太陽類似,但是氫彈瞬間釋放的能量無法被束縛,所以氫彈隨著爆炸就解體了;在人類進行的可控核聚變裝置中,比如託卡馬克裝置,內部進行的核聚變與氫彈類似,但是託卡馬克裝置中的超導強磁場,可以把核聚變反應產生的高能粒子束縛在裝置內,然後慢慢釋放出來。

    所以,太陽可以看成核聚變反應和引力相互平衡的結果,但是這種平衡並不會一直持續下去,天文學家預測在60億年後,太陽的核聚變反應材料將會消耗殆盡,到時候太陽引力將會佔據主導,使太陽收縮成一顆白矮星。

    對於超過10倍太陽品質的恆星,在演化末期還有可能出現核聚變反應失控,然後以超新星的形式結束生命,這樣的事件,在我們銀河中大約每百年會出現兩次。

  • 5 # 看鬆讀畫軒

    現在我們知道,太陽是銀河系中千萬顆恆星中的一員,是一顆光譜為G2V的黃矮星。太陽壽命大約100億年,目前其年齡大約46億歲。太陽的直徑約為140萬公里,是地球直徑的100倍。其品質約為2x10^30公斤,約為地球品質的33萬倍。太陽中心溫度大約1500萬K、表面溫度為5770K。

    那麼,太陽的核聚變的過程為什麼能夠維持穩定而不發生爆炸呢?

    首先,太陽品質巨大,內部的溫度、密度和壓力隨深度而增大。核心區如同受控的“氫彈”爆炸,是一個持續“受控”的核聚變。

    OMG!今天我們正沐浴著的是10萬年前遠古智人時期的Sunny!

  • 6 # 淡漠乾坤

    根據現代科學的認識,空間不空和物質不實,我們的宇宙是由不可再分的最小粒子構成的。離散的最小粒子構成了宇宙空間,佔宇宙的絕大部分,類似大海

  • 7 # 星辰大海路上的種花家

    太陽也是核聚變反應,為什麼太陽能夠維持穩定而不發生爆炸?

    其實就有很多恆星就是壓制不住內心的洪荒之力,正在大幅的丟失品質!比如大麥哲倫星系蜘蛛星雲中的R136星團中的R136A1、R136A2、R136A3,這些恆星都是遠超愛丁頓極限的恆星,比如R136A1,它正在經歷極端的品質丟失,它的恆星風達到了 2600±150 km/s,丟失的品質高達3.21×10^18 kg/s!是太陽品質損失的9億倍!

    在這個話題中我們必須要來了解一個概念,即愛丁頓極限,這是解釋太陽為什麼不會爆炸的關鍵因素!

    一、愛丁頓極限

    愛丁頓極限的詞條解釋很簡單:指在球對稱前提下天體的輻射壓力不超過引力時的光度上限值!

    但這個詞條的解釋比較重要,因為很多朋友無法理解這些名詞

    1、恆星的輻射壓: 輻射壓是電磁輻射對暴露在其範圍內物體表面所施加的壓力,與大部分朋友理解的不同,恆星的只在核心達到了極高的溫度從而引發了核聚變,整顆恆星的光和熱都來自核心,而核心壓力越大,溫度越高則聚變越劇烈,產生的輻射壓也更大!

    2、天體的引力坍縮:物質聚集在一起是受到引力的作用成為一個球體,而核心則由於引力坍縮能逐漸溫升,引力是導致恆星核心核聚變的真正原因,但引力也是束縛恆星核聚變產生巨大能量的原因!

    3、愛丁頓極限1:當恆星品質越來越大時,核心的壓力溫度會越來越高,核聚變燃燒的也會越來越劇烈,而能夠稱之為恆星,當品質越來越大時,因為內部從初期開始就存在輻射壓,物質密度會比其他氣態天體要更低一些,因此輻射壓才有機會超過引力坍縮,成為恆星極端不穩定的根源!

    4、愛丁頓極限2:一般我們認為太陽品質的150倍是兩者平衡的極限,當恆星品質超過太陽150倍時強大的輻射壓將會導致恆星物質大量流失,而猛烈的恆星風則會在其周圍產生一個死亡區域,這樣的恆星周圍是不會有宜居帶的!

    二、太陽為什麼還沒有爆炸?

    但準確的說,太陽最終將不能控制內心的“暴躁”,終有一天它是爆發的,而這個時間將會在氫元素燃燒殆盡,氦元素堆積,核心輻射壓無法支撐外殼坍縮時所導致!因為巨大的坍縮能將會瞬間點燃氦元素,產生更加強大的輻射壓將外殼物質拋灑到太陽周圍的空間,這就是太陽的氦閃!預計太陽將在脫離主序星12億年後發生第一次氦閃,在此之後,太陽的氦閃會再次發生,並且會越來越頻繁,但級別會逐漸減小,最終外殼脫離成為行星狀星雲,而核心則成為一顆白矮星!

    成也蕭何敗也蕭何,正是三十年河東,三十年河西.........引力坍縮是恆星聚變的誘因,也是束縛恆星蠻荒之力的源泉,但最終卻成為恆星的終結者,不得不說在每一個階段它們都在扮演不同的角色,唯一有不同的是,這角色是遊走於邊緣的!

  • 8 # 星球上的科學

    目前人類已經實現的核聚變但仍不受控制的就是氫彈了,而且我們知道,核聚變往往是一瞬間劇烈反應的,但是太陽內部也在進行著核聚變,為何如此穩定?

    要弄清楚這個問題我們首先來了解以下概念。

    由於地球上達不到像太陽一樣的高壓條件,所以只能用高溫來代替。氫彈內部事實上只有部分的原子發生了核聚變反應,之後周圍沒有反應的原子核被釋放的巨大能量攤開了,所以氫彈的核聚變不能持續進行。

  • 中秋節和大豐收的關聯?
  • 能不能像航母彈射飛機一樣,在地面或者發射架上給火箭一個初始推力,然後點燃節約燃料?