太阳内部的核聚变

在太阳形成的初期,其所在区域原本是由众多星际物质(以氢为主的气体物质和固体星际尘埃),在受到其它引力扰动的影响下,这些星际物质的运行发生偏移,从而不断地进行碰撞,在碰撞过程中,有一定的几率相互融合,组合成质量更大的物质团,在万有引力的作用下,可以吸附更多的固体尘埃和周围游离的气体,从外界来看,这个星云区域似乎发生了“塌陷”。随着“塌陷”程度越来越重,这个中心聚合体的质量越来越大,由碰撞产生的能量持续转换为热量,使得温度也越来越高,当质量达到一定程度之后,就形成了太阳的雏形。

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当太阳中心区域的温度达到700万度以上时,就会激发内部气态物质的核聚变反应,其中的氢原子核,也就是单个质子,通过链式反应聚合在一起,形成氦原子核,即两个质子和两个中子,同时产生两个正电子,在此过程中释放大量的能量。

核聚变为何会产生能量

而之所以释放热量,是由于在上述核聚变反应过程中,通过四个质子组成的一个氦原子核,其整体质量,要比四个独立的质子质量小得多。根据爱因斯坦的质能方程,核聚变在质量亏损的过程中,会相应地释放出能量,释放能量的大小取决于质量亏损的高低,其公式为:E=mc^2。经过计算,四个氢核聚变成一个氦核时:

所损失的质量为:

Δm=4×1.008 142 u-4.001 509 u=0.030 959 u。

所释放的能量为:

ΔE=Δmc^2=0.030 959 c^2=0.030 959×931.5 MeV=28兆电子伏,约合4.6×10^(-12)焦耳。

太阳核聚变每秒所释放的能量

通过对太阳和地球万有引力相互关系的计算,科学家们计算出了太阳的总质量,其推导的太阳质量公式为M=R*V^2/G,其中R为地球围绕太阳公转的半径,V为地球公转的线速度,G为引力常数,最后计算出的太阳总质量大约为1.989×10^30 千克。

在此基础上,通过太阳质量、年龄的综合分析,得出太阳的组成成分中氢元素的含量占到70%左右,而每秒中参与核聚变反应的氢为7亿吨,可见,这仅仅是太阳整体氢含量的极小一部分,因为太阳表面所吸附的氢元素,很多都没有到达内核。而这部分极小比例的氢元素参与核聚变,所释放出来的辐射能就足以支撑向内引力的平衡。这每秒7亿吨的氢元素参与的核聚变,所释放出来的以伽马射线形式存在的能量为3.8*10^26焦耳,相当于1.3亿亿吨标准煤能量。

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一秒释放的能量可以支持地球用多久?

如果把地球上所有的生产生活所消耗的各种形式的能量,进行集中统计的话,大约折合标准煤200亿吨,换算成每秒的话就是634吨,而太阳每秒钟释放的能量为1.3亿亿吨标准煤,也就是说理论上可以供地球使用46亿年。从这个数值可以看出,太阳所释放的能量之大,是我们难以想象的,在地球能源供给日益严峻的形势下,难怪会有人提出在太阳周围建造戴森球的设想了,只不过以我们目前的科技水平,很长时间内都无法实现。

而实际上,地球所能接收到的太阳辐射,仅占到全部释放能量的极小一部分,很多都是向着宇宙其它方向散发,来到地球的太阳辐射,也有相当一部分被大气层所折射,据测算,太阳辐射到达地球并且可以利用的能量,还不到总量的20亿分之一。

总结一下

太阳只是宇宙中很普通的一颗恒星,但是其每秒向外界释放的能量,是我们很难想象到的巨大。需我们的银河系就有上千亿颗恒星,可观测宇宙中更是数不胜数,可以看出宇宙中蕴藏的能量简直是取之不尽、用之不竭。这也从侧面反映出我们人类对宇宙的认知、探测和利用等级,都是处于非常低级的程度,人类在大自然面前,在太阳系面前、在宇宙面前是多么的渺小和微不足道呀!