你知道太陽能量的來源嗎?

2020-12-23 百家號

眾所周知呢,太陽是地球的能量源泉,那太陽到底能夠輻射出多大的能量的,我們可以來估算一下,太陽輻射的能量將成球形均勻向外擴散,根據能量守恆定律的,太陽系中某個位置接收到的太陽輻射的功率與他和太陽距離的平方成反比,地球和太陽的距離大約是1.5億千米,那在這個位置上,地球單位面積接受到的太陽輻射的功率就是所謂的太陽常數,目前世界氣象組織公布的太陽常數值為1368瓦每平方米,用一個半徑為1.5億千米的大源球的表面積乘以太陽,就能夠算出太陽的總功率了最終的結果是3.868乘以十的26次方法,對這個數字可能沒有概念我們打一個比方,你就會知道這是多麼巨大的一個能量了,根據2017年6月發布的,世界能源統計年間2016年全球總發電量大約是2.48乘以十的十三次方千瓦時,這就意味著太陽一秒鐘發出的量就足以讓地球用上432萬年,這個能量實在是大的驚人。

那麼問題就來了,太陽輻射出來的能量如此巨大,這些能量到底是怎麼產生的呢?在二十世紀以前人們一直把太陽當成是一個燃燒著的大煤球,但這個理論有一個很嚴重的問題,這個大煤球通過燃燒所釋放的化學能,根本支撐不了多長時間,曾經做過估算發現一個太陽質量的煤球大概只能燃燒幾千萬年,很明顯,地球的年齡不止幾千萬年,所以是荒謬的。一直到二十世紀二十年代才有人找到了太陽能源來源的正確道路,這個人就是英國著名的天文學家,愛丁頓。

1920年他發表了一篇論文,首次提出太陽的能量可能是源於它內部的核聚變。所謂的核聚變是指多個質量較輕的原子核結合成一個質量較重的原子核,同時釋放出巨大能量的過程。到目前為止,人類生產出來的威力最大的武器是氫彈,就利用了核聚變的原理。是愛丁頓最早提出太陽的能量,其實源於太陽中心區域的氫聚變,也就是氫原子核聚變成氦原子核的過程。聚變前的輕原子核的總質量要大於聚變後的氦原子和的總質量。根據著名的愛因斯坦質能關係1等於mc的平方物體的質量與它的能量等價,因此在巨變中,減少的質量就會轉化成能量,而釋放出來。由於氫聚變釋放出來的能量,遠遠大於燃燒釋放出來的化學能。太陽壽命只有區區幾千萬年的難題,也就立刻迎刃而解了。

但是愛丁頓的理論,卻也存在著一個很大的問題,那就是他無法產生比氦更重的元素。但是對於太陽光譜的觀察表明,太陽中還有很多更重的元素,例如碳,氮,氧等等。換言之啊,愛丁頓沒有能完全破解太陽的能量來源之謎。讓人意想不到的是,這個困擾了人類幾百年的超級難題,20年後被一個人快刀斬亂麻的解決了,這個人就是著名的物理學家漢斯貝特。

一九三八年貝特收到了一份請帖邀請他去華盛頓特區參加一個理論物理研討會,但是這個會議其實是在討論一個天體物理的話題,會議的主題是:太陽的能量到底是怎麼產生的?這個會議改變了他的一生。

太陽的能量到底是怎麼產生的?在這次會議上貝特聽到了關於太陽能量來源的最新進展,作為一名核物理的專家,被特還沒等會議開完就已經意識到愛丁頓提出的氫聚變過程其實並不完整。完整的過程了,大致應該是這樣,如下圖,紅色的小球就代表帶正電的質子,灰色的小球代表不帶電的中子,白色的小球,則代表帶負電的電子。質子放出一個正電子後,這個正電子的就是電子的反粒子啊,他可以變成一個中子,氫原子核是最輕最簡單的原子核,他就有一個質子構成,四個氫原子核,在經過一系列的反應後就能夠聚合成一個包含兩個質子和兩個中子的氦原子核,同時會放出兩個正電子以及大量的能量。這個聚變過程就被稱為質子到質子的鏈反應。

就是這個質子到質子的列反應在長達46億年的時間中,為太陽提供了用之不竭的能量。不過質子都質子的鏈反應並不能解釋太陽上的那些更重的元素是怎麼來的,所以呢,開完會以後回到了康奈爾大學,又繼續研究這個問題,終於發現了碳氮氧循環,也就是說氫原子核和氦原子核可以去合成碳原子核,氮原子核以及氧原子核又可以進而聚合成其他更重的元素,這樣一來太陽能能量起源之謎就得到了徹底的解決。

1967年他獲得了當年的諾貝爾物理學獎。正是基於貝特的氫核聚變理論,天體物理學家們才在20世紀五六十年代建立了所謂的太陽標準模型,這個模型能夠描述太陽的內部結構,解釋觀測到的各種現象,並且預言太陽未來的演化。事實上,它已經成為了太陽物理學的理論基石。

相關焦點

  • 太陽能量來源的拼圖終於補齊了
    繼2014年發現來自質子-質子鏈的中微子之後,在最新的《自然》論文中,Borexino又發現了來自太陽內部碳氮氧循環的中微子,補上了太陽能量來源的最後一塊拼圖。 不論是遠古神話還是現代科學,解釋太陽能量來源都是它們重要的使命之一。中國神話的三足鳥,希臘神話的阿波羅,日本神話的天照大神,都是遠古人類對太陽能量來源的想像。
  • 太陽上每秒消失426萬噸質量?質能關係解開太陽能量來源之謎
    目前這個穩定的核聚變速度使太陽每秒鐘減少426萬噸的質量,這些失去的質量是以能量的形式被釋放的。質量=能量?——相對論質能方程我們怎麼知道太陽每秒減少了426萬噸的質量?稱出來的嗎?當然不是,這根本沒法稱啊……而且這一丁點的質量變化甚至無法通過萬有引力發現,那我們怎麼知道?
  • 太陽能量來源的最後一塊拼圖,終於被補齊了
    太陽動力學觀測臺拍攝的太陽照片 不論是遠古神話還是現代科學,解釋太陽能量來源都是它們重要的使命之一。中國神話的三足鳥,希臘神話的阿波羅,日本神話的天照大神,都是遠古人類對太陽能量來源的想像。而近代科學中,從液體球冷卻放熱到物質引力塌縮,再到衰變元素放熱,人類為解答太陽能源來源做了一系列嘗試。 隨著質能方程式的提出,核聚變就成了最可能的太陽能量來源。
  • 問:太陽釋放的巨大能量是哪兒來的?
    而身處在地球上的我們也不斷接受著陽光和溫暖,那就是太陽向我們不斷傳遞的能量。幾十億年以來,太陽持續不斷的發光發熱,並通過陽光把這種能量傳遞給我們,使得地球不至於過於寒冷,並且提供了萬物生長的能源。
  • 摩擦起電會是能量採集的下一個來源嗎?
    IGbednc當然,眾所周知的潛在能量來源是太陽輻射,以及溫差、聲音、振動、氣流和移動。還有一種可能的來源的確無所不在,但很難捕獲:由於摩擦而產生的靜電(它通常以ESD的形式出現,但被認為是「壞事」)。不過,喬治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)進行的一些研究可能會改變這種狀況。
  • 你知道水晶的能量有多強大嗎?
    這種輻射場域是區域的換能器,可以將生命能量物質化。它具有顯著能力,可以穩固地球眾生的決心和意圖,並轉化為有形的物質實相。因此,這種非物質的能量會移動,並在聚集的水晶結構中成為穩固能量,成長並擴增。在這個星球上有主要的宇宙水晶能量點。知道每個的確切位置和性質,就能夠利用、完善和擴大它們的能量,將它們連成全球性的能量網絡。被稱之為精確的地脈和軸心線的全球系統已被聯網,並被水晶能量所充滿。
  • 太陽的能量是從哪裡來的?
    這證明了早在35億年以前地球上就有生命存在,那時的太陽也必定具有和今天大致相同的光度。 太陽內不可能貯藏無限多的能量,因為它是一個有限的物體,由有限的質量所組成。我們可以測定它的質量,因為質量可以通過引力來顯示。地球和眾行星圍繞著太陽運動,由於受太陽質量的引力作用而被約束在一定的軌道上。
  • 太陽有多大?盤點9個太陽小知識,你知道幾個?
    作為恆星來說,太陽實際上是一顆中等,甚至更小的恆星。質量比太陽大得多的恆星可以比他(看起來)更大。例如,獵戶座中的紅巨星參宿四被認為比太陽大1000倍。我們所知道的最大的恆星是大犬座VY,大約比太陽大2000倍。如果你能把大犬座VY放入我們的太陽系,它將會陳伸展到土星的軌道之外。
  • PM2.5的來源、危害及其在太陽下如何演化
    在這些小微粒間進行的反應中,太陽扮演了一個什麼角色?太陽是一種強大的能量來源,當化學反應和物質轉換進行的時候,電子的得失是一個非常重要的環節。這些直徑小於2.5微米的小微粒並不會馬上沉積在地表,而是懸浮在空中——有的時候是幾天,有的時候幾星期,在這段時間裡它們有足夠的時間被太陽光激發,發生一系列次生反應。你剛開始研究的是已經清楚化學成分的那些基本物質,但隨著時間流逝,在太陽提供的源源不斷的能量的影響下,這些被排放的化學物質不斷發生電子的得失和轉移,化學組成也在隨時間不斷變化。同時,你還需要考慮到時間對混合過程的影響。
  • 太陽裡面是什麼?關於太陽的15個科學冷知識,你知道幾個?
    發現冷知識,給你冷芝士,增漲你姿勢,我是狐狸弟弟。太陽當空照,花兒對我笑,今天早晨出門買菜,發現雨過天晴,陽光明媚,溫暖的陽光撫摸著大地。今天我們一起聊聊太陽,距離我們最近的恆星,我們最熟悉的陌生人。3、17世紀,伽利略通過望遠鏡發現,太陽表面風暴,不是地球與太陽之間的烏雲。4、19世紀,人們通過光譜對太陽的分析,才確定了太陽的化學成分,組成太陽四分之三的是氫元素。5、20世紀,「原子物理」的崛起,人類才知道,太陽的能量來自核聚變。
  • 地球一直吸收太陽能量,但地球一直能源稀缺,這符合能量守恆嗎?
    對於我們人類目前的科技水平來說,並不是所有能量都能利用的,而且低熵才是能量的價值。地球每秒到底接受太陽多少能量?太陽每秒總電磁輻射為3.827×10^26瓦,這個值也有一個名稱,叫做光度值。太陽常數為1367瓦,即地球上每平方米大約1367瓦特[1353(±21) W/m2(1976年, NASA)],按地球的截面積是127,400,000 平方公裡來計算,可得出地球每秒從太陽接收約1.74×10^17焦耳能量,這個能量很大,是人類所需要能量的數千倍。
  • 太陽的能量還有多少?科學家稱目前太陽只消耗很少的氫原子!
    在人類出現之前,太陽沒有消亡,對於人類的存在來說是一件非常幸運的事情,然而太陽為我們提供了更多的光和熱,它的燃料是從哪裡來的呢?會不會突然有一天,它會象蠟燭一樣的消失呢?美國天文學家凱薩琳.皮拉喬斯基聲稱,對於這樣的問題,早在十九世紀就出現了,當時人們認為太陽擁有兩種產生能量的方法,第一種是通過引力的收縮從而產生熱和光。
  • 你知道太陽的核心是什麼嗎?那裡的溫度可以輕而易舉做到灰飛煙滅
    太陽是大家熟知且離我們最近的一顆恆星,並且人類賴以生存的主要恆星。但我們除了知道太陽黑子,太陽體積,和太陽的大小外,對太陽中心卻是知之甚少。今天小編就來為大家科普一下太陽的核心!太陽的核範圍被認為是從中心點到0.2太陽半徑的範圍,其實已經足夠大了。並且是屬於太陽溫度最高的區域,其核心溫度有15,000,000K,這個溫度有多可怕!大家知道太陽表面就已經非常炙熱,而表面的溫度也不過就6,000K左右。
  • 首次捕獲太陽深處釋放的「幽靈粒子」 證實太陽某些能量來自碳氮氧...
    這在像太陽這樣的恆星中佔主導地位。然而,在較大的恆星中,所謂的碳-氮-氧(CNO)循環——這三種元素幫助催化核反應——成為一種更重要的能源來源。它還釋放出被稱為中微子的幽靈般的粒子。它們幾乎沒有質量——並且能夠穿過普通物質而不放棄任何它們存在的跡象。
  • 太陽每秒釋放的能量有多強?如果被人類收集,能使用多久?
    太陽內部的能量,能否被人類收集利用?能使用多少年?太陽的能量並不是完全反射,地球上有一部分還會反射到其他星球上,另一部分會在反射的過程中被其他物質消失,對此科學家曾經研究過太陽釋放出能量,太陽每秒釋放出的能量,大約是三峽大壩發電量的1000多萬座,由此可以看出,如果人類能夠運用了太陽光反射的能量,會讓人類整體文明有個極大的提高。人類能否使用太陽能量?
  • 戴森球體:終極巨型結構,能從太陽中提取豐富能量的新家園
    然而,太空很複雜,因此探索它需要大量的能量。幸運的是,我們知道從哪裡獲得如此巨大的能量......太陽 - 我們太陽系的最終能源。圖解:人類,地球和太陽很長一段時間,科學家都知道太陽能的巨大,但是現有的太陽能電池板對太陽能的利用率非常低。
  • 太陽光能量比LED大,卻不會傷害我們的眼睛,你知道為什麼嗎?
    首先,我們先來了解一下LED的發光原理,我們在使用電子產品時,都知道電子屏幕發出的光是白色的,其實並不是,所謂的白光,其實是發出藍光。它的原理是:屏幕本身通電後發出的是藍光,光源經過黃色的螢光粉塗層後發出黃色光,再與原來的藍光混合形成白光。
  • 太陽圖片顯示巨大的太陽黑子「令人窒息的能量流」
    一幅可怕的太陽特寫照片揭示了黑暗的太陽黑子破壞了它的「金色表面」,限制了太陽能的流出。太陽黑子的出現所引發的太空天氣效應是太陽強烈的磁場扭曲成一個點的結果。當太陽黑子出現時,磁場限制了能量的流動,導致表面溫度下降。
  • 太陽一秒鐘散發出來的能量總和,能夠支持地球人所需能量用多久?
    隨著「塌陷」程度越來越重,這個中心聚合體的質量越來越大,由碰撞產生的能量持續轉換為熱量,使得溫度也越來越高,當質量達到一定程度之後,就形成了太陽的雛形。太陽核聚變每秒所釋放的能量通過對太陽和地球萬有引力相互關係的計算,科學家們計算出了太陽的總質量,其推志的太陽質量公式為M=R*V^2/G,其中R為地球圍繞太陽公轉的半徑,V為地球公轉的線速度,G為引力常數,最後計算出的太陽總質量大約為1.989×10^30 千克。
  • 觀察太陽以便知道什麼時候能看到極光
    從肉眼看,太陽以持續穩定的狀態釋放能量,在人類歷史上沒有變過(不要用你的肉眼看太陽)。但望遠鏡調整不同部分的電磁光譜揭示了太陽的本質:是一個具有等離子湍流的動態球體,這種動態的磁湍流創造了宇宙天氣。空間天氣大多數時候我們是看不見的,而我們能看到的部分就是自然界最令人驚嘆的景象之一,極光。