太陽每秒釋放的能量相當於燒多少噸煤?全球煤炭儲量有這麼多嗎?

2021-01-15 優美生態環境保衛者

太陽是我們所處的恆星系-太陽系中絕對的「老大」,它所包含的物質總量佔據了整體恆星系的99.86%。依靠著強大的質量,一方面太陽所提供的巨大萬有引力,吸引著整個星系的眾多天體和無數星系物質,圍繞著太陽這個核心作周期性的公轉;另一方面,在內部核聚變的作用下,太陽每時每刻都在向外釋放著光和熱,這些能量成為維持整個星系穩定演化的推動力量,特別是對於地球上各種生命形式的產生和發展,提供了必要的物質和能量支撐。

太陽的形成,來源於在這一空間區域中,上一任大質量恆星在生命的末期,發生超新星爆發之後,所「噴灑」出來的許許多多星際物質,在相互引力的擾動和作用下逐漸聚集,在星際物質的聚集和坍縮過程中,推動內核的溫度和壓力不斷提升。

慶幸的是,太陽所吸聚物質的總量,也就是上一任恆星發生超新星爆發所形成的星際物質總量比較豐富,使得原始恆星的內核有了豐富充沛的物質輸入,當所吸聚的物質越來越多,內核的溫度和壓力也越來越大,當溫度達到700萬攝氏度、壓力達到上千億個大氣壓之後,組成太陽內核的氫原子發生量子隧穿的效應有了質的提升,有一些氫原子中的質子在這種效應作用下,突破了與周圍其它氫原子間的庫侖力排斥,順利進入另外的氫原子中,進而聚合成氫的另外一種同位素-氘,就此開啟了恆星內部核聚變的序幕。

在太陽內部所進行的核聚變,實質上是一種質子-質子的鏈式反應,其中佔據主導地位的是氫氦的鏈式反應,即4個氫原子將最終聚變形成1個氦原子,同時釋放出中微子、伽馬光子。在一個完整的鏈式反應中,反應前後的質量有些許減小,按照愛因斯坦的質能方程,物質的質量和能量是一個統一體,都是物質狀態所表現出來的兩個不同層面,系統的總質量發生了虧損,那麼就會以能量的形式展現出來,從而維持一種總體的能量和能量守恆狀態。

據科學家們測算,太陽內部每秒種參與核聚變的氫總量要達到7億噸左右,而在此過程中淨虧損的質量約為500萬噸,所對應的釋放出來的能量為4.5*10^26焦耳。那麼,在太陽形成以後的近50億年來,太陽內部消耗的氫總量達到10^26噸級別,而淨虧損的質量約為8*10^23噸,這個數值看上去非常龐大,相當於100多個地球的質量,但與太陽剛形成時的總質量相比,虧損的部分僅點千分之四左右,這也是為什麼幾十億來太陽依然保持穩定的原因之一。

1公斤標準煤完全燃燒的熱值約為29306千焦,所以太陽一秒鐘所釋放的能量總和,相當於4.5*10^26/(29306*10^6)=1.5*10^16噸標準煤所釋放的總能量。據統計,全球目前煤炭的總儲量大約為1.06萬億噸,即1.06*10^12噸,即使所有煤炭全部開採,全部完全燃燒,全部按照標準煤的熱值進行考慮,那麼也僅僅是太陽一秒鐘所釋放能量的十萬分之七。

之所以會出現這種情況,主要原因在於太陽向外釋放的能量,是以電磁波的方式向宇宙四面八方傳送的,在地球這塊「節點」上所接收到的太陽輻射量,僅佔據到太陽總輻射量的22億分之一,就是這極小的一部分能量,為地球的發展和生命的演化提供了充沛的物質和能量保障。另一方面,地球上煤炭的形成,需要漫長的地質作用和特定的埋藏和沉積條件,只有很少一部分植物才可以將接收到的太陽能量轉化為煤炭。即使將全球內部所有儲藏的煤炭、石油、天然氣等化石能源都加起來,總能量也趕不上太陽哪怕一秒所釋放出來的能量。

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    一克鈾-235大約需要數百億年才能徹底釋放其能量,因為一克鈾並不能以鏈式反應的方式產生裂變,原因是它的無法達到臨界質量,不過可以只用來計算每一克鈾釋放的能量,那麼它到底有多大呢?
  • 1克鈾-235完全裂變所產生的能量,相當於多少噸標準煤?
    一克鈾-235大約需要數百億年才能徹底釋放其能量,因為一克鈾並不能以鏈式反應的方式產生裂變,原因是它的無法達到臨界質量,不過可以只用來計算每一克鈾釋放的能量,那麼它到底有多大呢?一克鈾徹底裂變釋放的能量相當於2.9噸標準煤鈾的能量是通過重元素裂變所釋放的,有比較簡便的計算經驗計算方式,或者採用每摩爾鈾-235原子的數量,再按單個原子裂變的產生的能量計算,兩種都差不多,我們可以簡單做個計算
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    按照質能方程,只要地球接收太陽能量,那麼地球的質量就一定會上升,但關鍵在於,依靠太陽能量增加的質量,每年也就增加幾萬噸而已。相比於地球60萬億億噸的總質量,九牛一毛而已,更別提地球還會通過其它方式流逝質量。
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  • 太陽每秒釋放的能量足夠人類使用上萬年,但人類還是存在能源危機
    太陽內部通過核聚變反應釋放大量能量,據估計,太陽每秒釋放大約380億億億焦耳能量,相當於人類當前生產力水平數十萬年消耗的能量,但是只有22億分之一能輻射到地球。太陽是地球生命的能量之源,人類使用的絕大部分能量,究其根源都來自於太陽,比如化石燃料是古生物通過光合作用固定下來的能量,水力發電是太陽能蒸發雨水,使雨水獲得重力勢能。根據恆星演化模型的推斷,我們太陽已經有45.7億年的歷史,化學反應肯定是無法維持這麼長時間的能量輸出,在太陽內部,主要進行著氫元素向氦元素的聚變,從而釋放大量能量。
  • 太陽每秒消耗420萬噸物質,為什麼太陽還沒燒完?
    太陽是生命之源,沒有太陽,地球上就不會存在生命。植物利用光合作用自給自足,然後才有食草動物以及食肉動物。煤炭石油,這些化石燃料就是由遠古植物的殘骸形成的,太陽的能量就是這樣被植物固定了下來,然後被人類發現、利用。太陽燃燒著自己,照亮了周圍的星空。地球上的大部分能量都來自於太陽的輻射。
  • 地球每秒鐘都吸收著太陽巨大能量,最終能夠承受得了嗎?
    首先我們來說說地球吸收到的太陽能量有多少。我們太陽的能量是依靠核聚變得來的。太陽是一個直徑有139.2萬千米的等離子體球,體積是地球的130萬倍,質量是地球的33萬倍。太陽每秒鐘有6億噸的氫參與核聚變,形成5.958億噸的氦,其中每秒鐘420萬噸的質量沒了,它們到哪兒去了呢?這就是核聚變質量的轉化率,也就是0.7%的質量轉化成了能量,我們計算一下這個能量有多大。
  • 太陽每秒燃燒6億噸物質,地球一直接收陽光,質量增加了多少噸?
    ,這決定了太陽的燃燒速度,每秒大約有6.5億噸元素參與聚變,產生了大約450萬噸的質量虧損,太陽所發出的巨大能量就是從這個質量虧損中轉換而來! 太陽每秒損失的質量超過450萬噸,會有一天燒完嗎?
  • 太陽每天向地球輻射150萬億億焦耳能量,這些能量最終去哪了?
    太陽每秒釋放380億億億焦耳的能量,其中只有22億分之一的能量輻射到地球,大約是每秒17億億焦耳,每天就是1.5*10^22焦耳,相當於5000億噸標準模燃燒釋放的能量,地球每天從太陽接收這麼多的能量,那麼這些能量最終都去哪裡了呢?
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