太陽的火焰,其實是由太陽上的氫」燃燒」而產生的,其本質當然是核聚變反應,而不是化學反應,因此不需要氧氣的參與。
不過我們人類沒有登陸到太陽,是怎麼知道太陽的火焰是來自「核聚變反應」的呢?這個核聚變反應的細節是怎麼樣的呢?這就是一個很重要的理論模型了,實際上也被稱為「太陽模型」,其主要細節如下:
在太陽中,主要發生的核聚變反應被稱為pp鏈。其中p就是質子。這個pp鏈的反應是非常複雜的,分為大致四個步驟,這四個步驟大致如下:
1. 質子質子反應產生氘與正電子以及電子中微子。
2. 氘與質子反應形成氦3。
3. 氦3與質子反應形成阿爾法粒子與正電子以及電子中微子。(或者是氦3加氦3反應產生阿爾法粒子再加2個質子;或者是氦3與阿爾法粒子反應產生Be7)
4. Be7與電子反應,最後產生兩個阿爾法粒子。中間過程有中微子射出。
可以注意到,除了第二階段,「中微子」在其他三個階段都有射出。中微子是一種質量非常接近於零的基本粒子,它們的穿透能力非常強,它們可以穿透太陽內部很輕鬆地到達地球(這就好像海水可以從漁網裡漏出來一樣)。因此,我們在地球上可以通過檢測「中微子」來知道太陽內部正在發生核聚變反應——因為中微子的出現是核聚變反應的標誌(類似於你把氧氣當作是化學反應的燃燒的標誌差不多)。你說的太陽是如何燃燒起來的問題,到這裡答案就基本已經清晰了。
當然了,我們人眼看到的太陽的光芒不是中微子,而是光子。這些光子的產生是來源非常複雜,但總體來說是因為太陽是一個高溫等離子體,電子的碰撞與運動都會發出光子。太陽發出的光子也會組成一個光譜,在量子理論中太陽的表面可以用一個黑體輻射譜來刻畫,這個黑體輻射譜可以在地球上被精確測定,我們甚至可以據此推斷出太陽表面的溫度大概是5600度左右。如此高的溫度,是我們地球上的稻草或者木頭的燃燒不能達到的溫度。
所以,總結如下:並不一定要有氧氣才可以燃燒,有氧氣的燃燒釋放的是化學能,太陽釋放的是原子核能(不需要氧氣)。
那為什麼一張張太陽模擬圖片、日珥照片,又讓我們認為太陽就是一個劇烈「燃燒」著的大火球呢?為什麼太陽表面確實可以觀測到大量火焰狀結構?
燃燒與核聚變有著本質上的相似之處,可燃物發生氧化反應,反應產生的熱量使氣體電離,氣體離子中激發態電子躍遷至低能級,發出可見光輻射,同時燃燒又發生在大氣內,高溫氣體與周圍環境發生劇烈的熱交換,形成小範圍強烈對流,造成擾動,這就形成了我們平時看到的火焰,飄忽不定,明亮火熱。
太陽大氣同樣是一團電離氣體,太陽內部高溫高壓的核心區,不斷發生聚變反應,產生巨大的能量,讓太陽發光發熱。太陽表面大氣中發生劇烈的活動,如日珥、耀斑、物質拋射等,這確實和火焰的劇烈活動很像,給人一種燃燒著的感覺。
那麼太陽大氣是靠什麼來產生這些火焰結構的呢?這並非是直接由核聚變產生的,因為太陽的核聚變只發生在內部核心區,外部的光球層、色球層和日冕層或因為溫度不夠,或因為氣體密度太低,核反應都無法發生。
現代太陽物理學,用磁重聯(magnetic reconnection)來解釋外層太陽活動的直接原因。這個理論比較深奧,用最通俗易懂的話來說,就是太陽磁場線不斷發生斷裂,重聯,磁性拓撲被重新排布,繼而對太陽大氣中高電導率等離子體產生影響,使其不斷發生高能現象,產生火焰狀結構。
所以儘管宇宙中沒有氧氣,太陽依然可以產生類似火焰燃燒的現象。
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