每秒燃烧400多万吨物质,太阳已经烧了46亿年,为什么还没烧光?
太阳每分每秒都在释放热量,它就像是一个“燃烧的巨大火球”,不过和地球上的火焰不同,太阳的燃烧不需要氧气,也比我们想象的更持久,根据科学家的计算太阳已经持续燃烧46亿年了。
太阳燃烧用的什么燃料,为什么可以烧这么久?
我们的太阳是一颗典型的“黄矮星”,虽然是一颗矮星,但是在宇宙中像太阳这样的恒星并不多见,宇宙中的大部分恒星都要比太阳更小,在整个银河系中大约存在1000亿颗恒星,1000亿是这些恒星都和太阳质量差不多的前提下计算出来的,真实情况是银河系中可能有2000亿左右的恒星,大部分都要比太阳的质量更小,所以银河系中的恒星数量要比我们想象的更多。
对于整个银河系包括宇宙中其他和银河系类似的星系来说,真正占据主导位置影响星系演化的是“大质量恒星”,太阳在这些大质量恒星面前显得十分渺小,目前人类已知最大的恒星是“史蒂文森2-18”,这个恒星的体积大约是太阳的100亿倍!而太阳体积是地球的130万倍,这个恒星超乎我们想象的巨大。
不管一颗恒星多么巨大,它都会不断地燃烧,向外释放热量,只不过越大的恒星释放的能量越多,消耗的也就越快,一般情况下大质量恒星很难存在比较长的时间,就会快速演化向恒星的下一个阶段。
恒星的“燃烧”和我们常识中的燃烧有很大区别,通常情况下我们说的燃烧是物体与氧气发生的氧化反应,会出现火焰释放热量,而恒星的燃烧从严格意义上来说是“核聚变”反应,并不需要氧气就可以释放热量。
在宇宙诞生大约38万年后,宇宙的温度终于降低到了合适的程度,大量的能量开始转化为物质,最初的元素氢元素就诞生了,因为氢元素是宇宙中孕育出的第一批元素,它也是最本质和最多的元素,整个宇宙中的氢原子数量是其他所有原子加在一起的很多倍。
宇宙中的其他元素都可以被视为是氢元素演化出现的,在氢元素刚刚诞生时,就有一部分氢元素在温度和压力的影响下聚变成了氦元素,这些原始的氢元素和氦元素在宇宙中形成了大片大片的“星云”,这些星云在引力的影响下逐渐向着中间聚集,然后开始不断的旋转,当温度达到一定数值后,内部的氢元素开始“燃烧”,其实就是核聚变反应,和太阳内核如今正在进行的反应一样,最原始的恒星就这样诞生了。
第一批诞生的恒星都是大质量恒星,这些恒星快速的燃烧,创造出了更多种元素,然后这些恒星死去留下的星云又形成了新的恒星,只不过新形成的恒星会更小一些,不过这些二代恒星和三代恒星在形成的过程中就不只是单纯的只有氢元素还有氦元素了,一代恒星创造的重元素会跟随星云一起进入新的星云中,所以我们可以在太阳内找到一定的重元素。
地球上的氢元素不算多,大部分都在地层内,地球上基本都是比氢更重的元素,这些元素都来自于远古的恒星,所以像地球这样的类地行星,只有在恒星演化后新生的恒星系中才会诞生。
太阳的“燃烧”主要发生在太阳的内部,最核心是太阳的“核反应区”,核反应区外围是“辐射区”,辐射区的外边是“对流层”,从太阳的最中心到0.25太阳半径内的范围是太阳的核反应区,这里的温度高达1500万度,3000亿倍地球标准大气压,也就是如此高的压力和温度下,太阳内部才能正常的发生核反应。
在核反应区,每秒都有6亿吨的氢经过热核反应聚变成5.96亿吨的氦,大约有400万吨的氢在聚变的过程中成为了能量,光和热就在这个过程中被释放了出来,也就是说太阳每秒都要烧掉400万吨的物质,这个过程释放的能量是十分巨大的,太阳已经维持这样燃烧方式46亿年了,并且还会持续进行40亿年~50亿年的核聚变反应!
所以太阳的“燃料”其实是内部大量的氢元素,这些氢元素进行核聚变反应,在这个过程中释放出了热量,让我们觉得太阳在“燃烧”,核聚变反应可以提供大量的能量,所以我们才会叫可控核聚变反应为“人造太阳”。值得注意的是,太阳的燃烧会越来越炙热,未来的太阳会越来越亮,10亿后的地球可能会因为变得更热开始变得不再适合生命居住。