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2017.08.08
自古以来,人类仰望天空,对天体感到无尽好奇。闪闪发光的星星和炽热的太阳,充满着神秘。对于天文学家而言,太阳只不过是一颗正在走向死亡的恒星。但对于其他人而言,太阳是一个熊熊燃烧的大火球,为我们能提供光和热。
太阳已经持续燃烧了大约50亿年,是什么在维持太阳的燃烧呢?我们都知道,太空中没有空气,因此没有氧气可用于太阳的燃烧。在我们的日常经验中,我们所熟悉的唯一燃烧是火焰燃烧。本质上,这是一种放出光和热的氧化反应。但这不是唯一的反应类型。太阳确实在“燃烧”,但它是一种核反应,而不是化学反应。
太阳的燃料为氢原子,73%的太阳质量由这种化学元素组成。太阳的光和热都来自于它的中心区域,那里的温度高达1500万摄氏度,压力高达3000亿个地球大气压。在这样的极端高温高压下,四个氢原子能够聚变成一个氦原子,并释放出能量。因此,氢核聚变无需氧气的参与,太阳的“燃烧”不用氧气。
太阳每秒要烧掉426万吨的氢原子,根据爱因斯坦的质能方程E=mc^2,可以计算出太阳的功率为3.85×10^26瓦,相当于每秒9.19×10^10吨的TNT爆炸。
那么,太阳最终会熄灭吗?
2、氢-氢核聚变产生氦,氢消耗完毕后改为3氦核聚变产生碳,然后碳继续核聚变可以产生硅、氧等一系列原子,但这个核聚变链条抵达合成铁原子之后就抵达太阳最后时光了。
3、因为铁元素是核能最低也是最稳定的元素,无论是铁核聚变还是核裂变,都需要吸收能量而不是释放能量,所以当太阳燃烧到硅氧阶段后,产生铁元素,便开始积累铁元素并停止核聚变了,此时太阳的命运就取决于初始质量。
4、小质量的恒星变成无趣的白矮星,阴冷冷的死去,大质量的恒星则在大爆炸中结束生命,核心留下中子星或则黑洞。
5、但不要小看这最后阶段的超新星爆炸,虽然是极其短暂的一瞬间,但确实宇宙中最有意义的大爆炸,所有构成生命要素的比铁重的元素都是在这一瞬间产生的,可以说没有超新星大爆炸,就不会有生命存在。
所以,不要想象地狱是什么模样,看看我们自己的身体吧,它就曾来自比地狱恶劣100倍的地方。
太阳是位于太阳系中心的恒星,它几乎是热等离子体与磁场交织着的一个理想球体。太阳直径大约是1392000(1.392×10)千米,相当于地球直径的109倍;体积大约是地球的130万倍;其质量大约是2×10千克(地球的330000倍)。从化学组成来看,现在太阳质量的大约四分之三是氢,剩下的几乎都是氦,包括氧、碳、氖、铁和其他的重元素质量少于2%,采用核聚变的方式向太空释放光和热。
太阳目前正在穿越银河系内部边缘猎户臂的本地泡区中的本星际云。在距离地球17光年的距离内有50颗最邻近的恒星系(与太阳距离最近的恒星是称作比邻星的红矮星,大约4.2光年)。
太阳是一颗黄矮星(光谱为G2V),黄矮星的寿命大致为100亿年,目前太阳大约45.7亿岁。在大约50至60亿年之后,太阳内部的氢元素几乎会全部消耗尽,太阳的核心将发生坍缩,导致温度上升,这一过程将一直持续到太阳开始把氦元素聚变成碳元素。虽然氦聚变产生的能量比氢聚变产生的能量少,但温度也更高,因此太阳的外层将膨胀,并且把一部分外层大气释放到太空中。当转向新元素的过程结束时,太阳的质量将稍微下降,外层将延伸到地球或者火星目前运行的轨道处(这时由于太阳质量的下降,这两颗行星将会离太阳更远)。
太阳是位于太阳系中心的恒星,它几乎是热等离子体与磁场交织着的一个理想球体。太阳直径大约是1392000(1.392×10)千米,相当于地球直径的109倍;体积大约是地球的130万倍;其质量大约是2×103千克(地球的330000倍)。从化学组成来看,现在太阳质量的大约四分之三是氢,剩下的几乎都是氦,包括氧、碳、氖、铁和其他的重元素质量少于2%,采用核聚变的方式向太空释放光和热。
核反应区
主词条:核反应区
从中心到0.25太阳半径是太阳发射巨大能量的真正源头,也称为核反应区。在这里,太阳核心处温度高达1500万度,压力相当于3000亿个大气压,随时都在进行着四个氢核聚变成一个氦核的热核反应。根据原子核物理学和爱因斯坦的质能转换关系式E=mc2,每秒钟有质量为6亿吨的氢经过热核聚变反应为5.96亿吨的氦,并释放出相当于400万吨氢的能量,正是这巨大的能源带给了我们光和热,但这损失的质量与太阳的总质量相比,却是不值一提的。根据对太阳内部氢含量的估计,太阳至少还有50亿年的正常寿命。
辐射区
主词条:辐射区
0.25太阳半径~0.86太阳半径是太阳辐射区,它包含了各种电磁辐射和粒子流。辐射从内部向外部传递过程是多次被物质吸收而又再次发射的过程。从核反应区到太阳表面的行程中,能量依次以X射线、远紫外线、紫外线,最后是可见光的形式向外辐射。太阳是一个取之难尽,用之不竭的能量源泉。
对流层
主词条:太阳对流层
对流层是辐射区的外侧区域,其厚度约有十几万千米,由于这里的温度、压力和密度梯度都很大,太阳气体呈对流的不稳定状态。使物质的径向对流运动强烈,热的物质向外运动,冷的物质沉入内部,太阳内部能量就是靠物质的这种对流,由内部向外部传输。[3]
大气层
太阳光球以上的部分统称为太阳大气层,跨过整个电磁频谱,从无线电、可见光到伽马射线,都可以观察它们分为5个主要的部分:温度极小区、色球、过渡区、日冕、和太阳圈,太阳圈可能是太阳大气层最稀薄的外缘并且延伸到冥王星轨道之外与星际物质交界,交界处称为日鞘,并且在那儿形成剪切的激波前缘。色球、过渡区和日冕的温度都比太阳表面高,原因还没有获得证实,但证据指向阿尔文波可能携带了足够的能量将日冕加热。
光球
主词条:光球
对流层上面的太阳大气,称为太阳光球。光球是一层不透明的气体薄层,厚度约500千米。它确定了太阳非常清晰的边界,几乎所有的可见光都是从这一层发射出来的。[3]
色球
主词条:色球
日冕
主词条:日冕
日冕是太阳大气的最外层,由高温、低密度的等离子体所
太阳大气(2张)
川陀太空解答:恒星产能的两种重要机制分别是引力收缩和核反应。引力收缩是恒星向外的压力不能与向内的挤压平衡(没达到流体动力学平衡),恒星会收缩。势能减少,动能增加,使得恒星发光。由地质学可知,地球已是几十亿岁了,太阳的年龄应该与地球的年龄相同,或者比地球的年龄要大。
因此在某一时期,太阳的产能机制是引力收缩,但肯定存在另外的产能机制。太阳现今处于主序星阶段,中心氢燃烧,即氢的聚变反应,为太阳持续发光提供能量。在太阳内部,四个氢核经过P-P链产生一个氦,CNO循环也可以产生这一过程。每秒消耗3.6乘以10的38次方氢核,根据爱因斯坦质能关系,可知这一聚变过程产生巨大的能量。经推算,太阳以现在的光度还能存在10的11次方年,太阳的年龄大约为45亿年,它的中心氢只消耗了5%。P-P链是两个氢核聚合成氢,氢和一个氢核聚合成氦三,最后两个氦三聚合成氦四,释放一个氢核,在此过程中,释放能量和光子。
如果温度超过1.4乘以10的7次方K时,两个氦三聚合成铍,铍同电子和质子发生反应生成锂和中微子,锂与氢核生成两个氦,在反应过程中产生能量、光子和中微子等。在温度较低时,P-P链产能率高,温度较高时,后一个产生氦的反应产能率高。此外,太阳还存在CN和CNO循环。CN循环是氢核与碳十三生成氮,氮与氢核生成氧十五,反应过程中释放能量。当温度高于1.4乘以10的7次方K时,发生CNO反应。
我们现在所观察到的宇宙是非常复杂的,相对于宇宙来说,人类是那样的渺小,人们对于宇宙是存在着很多的敬畏,而又非常的好奇,所以对于宇宙一直在持续不断地进行着探索和发现,通过这些探索,逐步的揭开了我们对于宇宙的一些认识,发现了很多宇宙的奇异景观,也解答了很多不可思议的存在,但仍然有一些现象或者存在是无法给出一个比较有利的答案,就像是今天我们一起来探索的太阳燃烧的火焰究竟是怎么产生的?宇宙之中是否存在着氧气,如果没有氧气那么火焰是如何燃烧起来呢?
对于这个问题,或许很多人都比较好奇,因为一般通俗来说,我们地球上要燃烧火焰,前提就是必须有氧气,一旦氧气没有了,火焰就会自己熄灭,那么我们都知道,我们地球所围绕的太阳,就是一个在持续不断的燃烧的大火球,太阳的燃烧是否也是需要氧气的支持呢!真的存在氧气吗?
其实太阳的火焰,并不是因为氧气而燃烧的,太阳的火焰主要是由于太阳上的氢燃烧,它的本质就是一个核聚变的反应过程,而我们地球上所看到的燃烧火焰,其实是一个化学反应的过程,所以简单来说,太阳在燃烧,是不需要氧气的参与,而地球上简单的化学反应则必须需要氧气,那么太阳这个核聚变反应的细节是怎样的呢?
在太阳之中发生的核聚变反应,被称之为pp链,这个pp链其主要就是质子pp也就是说的质子,其实这个过程并不是我们所观测到的那么简单,相反是比较复杂的,分为了四个步骤:首先就是质子发生了反应然后产生了氘还有就是正电子以及电子中的中微子这些成分。第二步氘跟质子之间进一步发生反应形成了氦3.而氦3跟质子之间也会反应就出现了阿尔法粒子,氦3跟阿尔法粒子之间反应再产生了Be7,最后这个Be7是跟电子反应,这样就产生了两个阿尔法粒子,在这个反应的过程中还会有中微子的出现。
不知道大家有没有仔细研究这个反应过程,如果细心研究就会发现其实在这个过程中,在不同阶段基本都出现了中微子,这种中微子是几乎没有任何质量的粒子,而且中微子的穿透力非常的强,它是可以轻松到达地球的,所以我们地球只要通过监测这种中微子就可以研究太阳内部的核聚变反应,也就是说中微子其实就是核聚变反应的一个标志。
虽然我们肉眼来观测太阳是看不到中微子的,看到的只是一些光子,太阳所发出的这些光子组成光谱,这个过程其实并不是真正意义的燃烧,而只是一种发光发热的过程,太阳只是温度过高,让我们感觉太阳像是在燃烧之中一样。
所以我们可以这样来总结,其实太阳的燃烧是原子核的聚变过程,这个过程是不需要氧气的参与,跟地球上普遍意义的化学燃烧反应肯定是有一定差异的。
太阳在史前是一个茂密的森林,因为是地球的百万倍所以,他的树林也多的不计其数,有一年天气大旱,雷电引燃了树木,大气层的氧气也被燃烧殆尽,但是太阳的地下是放射性元素砣钛。砣钛的性质是高温后转变为砣钛碳并放出高温能量,砣钛碳的性质是再高温燃烧转化为砣钛并释放高温能量,砣钛不断来回反应,使温度越来越高。
太阳从化学组成看大约3/4是氢,剩下的几乎是氦,其它氧碳氖铁、重元素少于2%。太阳不是普通的化学燃烧,而是核聚变。目前的科学技术和宇宙天体划分太阳是黄矮星,光谱G2V,黄矮星寿命大概100亿年左右,目前推测太阳约45.7亿岁,大约50-60亿年以后,太阳的氢聚变耗尽氢,产生氦成为核心,太阳核心将坍塌,氦聚变开始,太阳会膨胀覆盖整个太阳系,地球人类如果不离开地球,离开太阳系,所有生命会死掉。太阳的结局是变成白矮星。如果宇宙的生命只有一天,人类只不过是最后夜晚登场而已。