同樣都是天體,為什麼太陽會發光,地球卻不會?是誰點燃了太陽?

2020-12-14 鍾銘聊科學

在宇宙中其實無奇不有,宇宙中各種天體的劃分,主要的依據是質量。不同的質量會導致天體的一生完全不一樣的,即便同為恆星,質量不同,也會有不同的宿命;

行星和恆星最大的區別就在於因此,如果天體質量不到太陽質量的8%,那它最多只能是一顆行星,超過8%,就可以產生核聚變反應,發光發熱,就是一顆恆星。

因此,在宇宙中質量為王

而在宇宙之中,恆星可以被我們認為是宇宙的燭光,因為只有它們在發光發熱,照亮宇宙的各個角落,而它們當中一部分,內核溫度可以高達上億度。太陽系中的太陽,內核溫度只有1500萬度,但是我們的地球主要的能量來源就是太陽輻射,如果把太陽輻射出來的能量比喻成錢,太陽平均每秒向太空扔70萬億人民幣,但被地球接收到的只有3萬塊左右,而真正被人類所用的只有3塊錢左右。那恆星為什麼可以產生如此高溫和如此多的能量呢?

這其實要從宇宙大爆炸說起。

宇宙大爆炸

按照目前的主流科學理論,宇宙起源於138億年前的一次大爆炸。

大爆炸之後的普朗克時間(10^-43秒)內發生了什麼,我們目前還不清楚。所謂的普朗克時間指的是物理學所認知的時間變化的最小單位。

普朗克時間後,宇宙處於極其高溫的狀態,溫度達到了1.4億億億億度。(1.4*10^32度)所以,宇宙曾經就出現極其高的溫度,這也是我們目前所知道宇宙中最高的溫度。

此時,宇宙空間急劇膨脹,在宇宙誕生後的3分鐘左右,形成如今宇宙大量的基本粒子。到了宇宙誕生後的38萬年,溫度降到了3000度,原子結構得以形成,光子可以在宇宙中自由地穿行。

以往在科普時,講到物理學或者天文學知識時,許多人都在問,科學家明明沒有看到,憑什麼可以說發生過這一切?

其實道理很簡單,我們試想一下,警察和法官斷案,他們也沒有在現場親眼目睹兇殺案,那他們如何判定嫌疑人作案了呢?如果只有「眼見為實」,那所有兇殺案也就不可能會有兇手了。

其實這一切都遵循一個規則:一個理論到底成不成立,完全看證據,以及是不是可以證偽,科學有一套專業的範式。一般一位科學發表一篇論文,同行都是本著雞蛋裡挑骨頭的精神在看這篇論文。就拿我們所知道的物理學大神愛因斯坦來說,在他發表論文時,就有許多人指出他論文中的一些問題。甚至是到了愛因斯坦晚年,他發表的論文,也直接被許多同行指責為垃圾。

所以,你看,即使是愛因斯坦這樣的大神都不可能被優待。宇宙大爆炸得以成立就在於它有過硬的證據,以及預測了許多現象。

到了宇宙大爆炸之後的2億年,宇宙中的許多星雲物質,在引力坍縮下,逐漸形成了恆星。那這個恆星到底是如何被點亮的呢?

恆星的形成

恆星能被點燃最主要原因就是開頭說到的質量問題。就拿太陽來說,太陽佔據了太陽系總質量的99%。

由於質量巨大,因此引力巨大,太陽的內核溫度特別高,這個溫度可以達到1500萬度。而此時太陽內核的物質就呈現等離子態,意思是原子結構保不住了,電子由於獲得了足夠多的能量,擺脫了原子核的束縛。

但我們要知道的是,一般來說,要引發氫核聚變的溫度至少是1億度。之所以需要引發氫核聚變,是因為宇宙中絕大多數的物質都是氫元素,恆星基本上主要是氫元素構成的。但是由於太陽足夠大,加上微觀世界中存在的量子隧穿效應,以及在弱力的作用下,太陽還是可以引發氫核聚變,只不過這個反應不會像氫彈那樣劇烈,所以太陽才沒有一下子全炸了。而引發了核聚變之後,太陽實際上是核聚變產生的對外壓力和自身引力形成了動態平衡,得以保持住自身的形態。

我們要知道的是,太陽在恆星家族中並不算大。還有許多比太陽更大的恆星。

那些比太陽質量更大的恆星,以及演化到氦核聚變以及更高順位元素的核聚變的恆星,內核溫度都遠超過1億度的水平。

因此,恆星之所以能夠產生如此高的溫度,是因為質量大,導致引力大,最終在強大引力作用引發了核聚變反應,而核聚變過程中會損失一部分的質量,這部分的質量完全以能量的形式,或者說以光和熱的形式釋放出來,才使得恆星的溫度極高。

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