首頁>科學>

問:如果說太陽由大量的可燃氣體氫組成,那為什麼太陽沒有一次性爆炸呢?

答:因為太陽完全不燃燒。當人們說太陽在燃燒時,其實是在比喻。

燃燒:在較高溫度時與空氣中的氧氣化合而發熱和光的劇烈氧化反應,氧化過程會釋放出大量能量。

圖解:太陽是主序星,通過原子核的核聚變產生能量,把氫原子聚變成氦原子。在它的核心,太陽發生以每秒鐘6.2億噸氫的核聚變。

太陽和宇宙其它地方一樣是由大量氫氣組成,然而在整的太陽系內並沒有足夠的氧氣支援太陽表面進行短時間(幾個小時內)強烈的化學燃燒,其實太陽釋放的能量都來自太陽內部的熱核反應。

圖解:質子-質子鏈反應是太陽和比太陽輕的恆星產生能量的主要方式。

宇宙中所有的物質最後都想變成鐵,比鐵重的元素(比如用於製造原子彈的鈾)會分裂成兩個更小的原子並釋放出很多能量,生成的兩個原子品質也會更接近鐵原子;對於比鐵輕的元素,兩個原子會合成一個原子並釋放很多的能量,這個新合成的原子的品質也更接近鐵。

圖解:大品質恆星發展至核心坍縮前的洋蔥狀結構(未依照比例)。

在地球上,我們可以利用某些重元素(主要是鈾)的不穩定性來引發短暫的核裂變,從而製造原子彈,這種炸彈通過核裂變產生能量,釋放出的能量是一卡車TNT炸藥威力的數百或數千倍,二戰結束時美國投在廣島和長崎的就是這種炸彈。

圖解:碳氮氧迴圈是比太陽重的恆星主要產能方式。

我們可以利用核裂變炸彈的能量來壓縮和加熱某些輕元素來製造核聚變炸彈(輕元素通常是氫或鋰的某些同位素),其能量足以引起短暫的熱核聚變脈衝,釋放出的能量比引發反應的裂變裝置多幾千倍。

圖解:1953年4月18日內華達試驗站,23000噸當量核爆

一顆恆星的形成是足夠多的氫聚集在一個地方,引力導致其熱核聚變,不同於核彈的是,恆星形成時的核聚變反應不是在幾毫秒時間內反應完,而是要持續好幾百萬年。當對流攜帶新的未充分反應的氫到達反應區域時,已經熔化的物質會再次熔化從而形成更重的元素,在條件允許情況下會形成從氫到鐵完整的反應階梯。

所以,太陽不會一次性“燃燒”的原因和蠟燭燃燒的原理相同:燃燒依靠對流過程來更新燃料供應。

相關知識解釋

在核物理和核化學中,核裂變是原子核分裂成更小、更輕的原子核的核反應或放射性衰變過程。裂變過程經常產生自由的中子和伽馬光子,並釋放出大量的能量,即使以放射性衰變的能量標準來衡量所釋放的能量也是很大的。

圖解:D型環的託卡馬克裝置是最有希望達成的受控融合設計

1938年12月17日,德國人奧托·哈恩(Otto Hahn)和他的助手弗裡茨·斯特拉斯曼(Fritz Strassmann)發現了重元素的核裂變,1939年1月由莉斯·梅特納(Lise Meitner)和她的侄子奧托·羅伯特·弗裡施(Otto Robert Frisch)從理論上解釋了這一現象,弗裡施(Frisch)把這個過程比作活細胞的裂變,對於重核素,它是一種放熱反應,釋放出的能量可以以電磁能形式輻射也可以加熱發生裂變的區域增加其動能。為了使裂變產生能量,產生的元素的總結合能必須比起始元素的多(更大的結合能)。

圖解:核聚變反應速度會一直與溫度一起上升,直到最大反應速率溫度後、逐漸下降。DT反應速度峰值的溫度是最低的(約70 keV或八億度k),,而且高於另外的反應。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. forbes-陽星玉- quora

  • mRNA疫苗可誘導對SARS-CoV-2及其多種擔憂的變體的持久免疫記憶
  • 剛剛,“太空狂人”埃隆·馬斯克亮出了SpaceX最新的動作