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太阳光为什么是热的?太阳是靠燃烧自己才发热的吗?太阳能维持多久?太阳的生命有多长了?太阳的主要组成部分是什么?

科普知识 pop君 206℃ 0评论

太阳很热,很多人认为是因为太阳主要由氢气组成,在不停的燃烧。其实,就算太阳是香蕉做的,它也一样会很热。太阳之所以热是因为一个非常简单的原因:太阳质量很大。太阳核心上的物质都被强大的引力压在一起。当物体被挤压时,就会变热,任何人都知道这点,想想在自行车打气筒里的压缩空气。太阳中心的温度约为1500万度。在这样的温度下,物质无法维持常态,而是成为“等离子体”,所以不管太阳是什么组成的,它的核心总是这个形态。

现在太阳的质量大约有十亿吨,主要是氢。但是,如果你把十亿吨其他任何物质放在一个地方,会得到和太阳一样热的东西。所以,太阳的温度基本上是由它所包含的物质的数量决定的,而不是由物质的类型决定的。

太阳不断地向太空散失热量,但其温度并没有明显变化。这就告诉我们,一定有什么东西在不断的消耗,以维持太阳的温度,会是什么呢?

在19世纪蒸汽驱动年代,人们把太阳看作是一块煤。但是,根据物理学家开尔文勋爵的计算,煤炭驱动的太阳会在大约5000年内燃烧殆尽,他根据圣经计算出地球(和太阳)是在公元前4004年10月23日出生的。

但是地质学家在山顶上发现了海洋生物化石,并由此推断出这些山脉曾经位于海洋之下,他们需要数千万年的时间才能使这些山脉上升。而根据达尔文的生物进化论,即使不是几十亿年,也需要几亿年的时间才能让今天丰富的生物物种,因自然选择过程而从简单的共同祖先中分化出来。事实上,陨石的放射性年代测定显示,太阳的年龄为45.5亿年,这是太阳系诞生后建筑者遗留下来的碎石。换句话说,无论是什么东西为太阳提供能量,它的能量来源都是煤炭的100万倍。在20世纪,这样的一个来源被发现了:核能。

根据e=mc2,太阳正在把最轻的元素氢原子核融合成第二轻的氦原子核,即初始产物和最终产物之间的质量差,转换为太阳能量。由于这个过程,太阳以每秒100万头大象的质量变轻,相比之下,最大的氢弹只能把大约1千克的质量能量转化为其他形式的能量(主要是热量)。

太阳内部的核反应对温度非常敏感,当太阳冷却时会变慢,当太阳加热时会加速。因此,如果核反应产生过多的热量,太阳的气体就像任何被加热、膨胀和冷却的气体一样,抑制核反应;如果核反应过少,气体会收缩和加热,从而加速核反应。

因此,太阳有一个完美的恒温器。结果是,核反应使太阳的温度精确地保持在其质量所决定的温度。


核反应生成氦原子核的第一步是让两个氢原子核相遇并结合,这一过程平均需要100亿年,这就是为什么太阳会发光100亿年的原因。这种核反应几乎是可以想象到的最低效的核反应。所以我们要感谢太阳令人难以置信效率低下的核反应,如果不是这样的话,太阳就不可能在数十亿年内为人类这样复杂生命进化所必需的光和热。

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