太陽在過去46億年裡已經燃燒掉多少質量?

2020-12-05 火星科普

自從太陽誕生到現在的46億年,太陽一直在「燃燒」,那麼,太陽已經被用了多少了呢?

關於太陽被利用了多少這個問題,真是一個非常有趣的問題,而且如果深究細節的話,還是一個非常難回答的問題。下面,通過簡單的計算來估算太陽已經消耗了多少。

首先,需要知道太陽的輻射功率,即太陽每秒鐘釋放出的能量,這個參數也被稱之為太陽光度。據估計,太陽的輻射功率大約為3.846×10^26瓦。這個巨大的數字意味著太陽內部存在一個強大的能量源,它需要消耗大量的物質。

此前,人們並不知道太陽是如何發光發熱的。直到20世紀初,愛因斯坦從狹義相對論中推導出質能方程之後,人們才逐漸了解這能量源背後的機制——氫核聚變。當較輕的氫原子結合產生較重的氦原子之時,這個過程中會虧損一部分質量,由此釋放出巨大的能量。這個過程只會發生在太陽的中心區域,因為只有那裡的溫度和壓力才足以使核聚變反應發生。

在恆星內部,氫原子核會通過兩種方式聚變為氦原子核。對於太陽這樣的中低質量恆星,氫核聚變的主要機制是質子-質子鏈反應(另一種機制是碳氮氧循環)。然而,就算是質子-質子鏈反應也有很多類型。如果忽略這些反應的細節,在質子-質子鏈反應的整個過程中,就是四個氫原子核(質子)結合形成一個氦原子核。

如果用數學計算,反應物和產物的質量總和將會差別,並非是守恆的。四個氫原子核的質量為6.690×10^-27千克,而一個氦原子核的質量為6.644×10^-27千克,兩者之間的質量差為Δm=4.624×10^-29千克。根據質能方程:E=Δmc^2,質量和能量是等價的、可互相轉換的,所以核聚變丟失的質量將會轉化為能量。把這個質量差代入愛因斯坦方程,就會得到E=4.162×10^-12焦耳的能量,這是每一次質子-質子鏈反應所釋放的能量。

再結合太陽的輻射功率,即每秒釋放出的能量,可以計算出太陽內部每秒會進行9.242×10^37次質子-質子鏈反應。由於每條核聚變反應都會損失相同的質量,那麼,兩者相乘會得到質量損失的速率,這樣算出太陽每秒消耗的質量為4.27×10^9千克,即427萬噸。這看起來是一個非常大的數據,但是這當然只是以人類的標準相較而言,如果相對於太陽的總質量2×10^30千克(2000億億億噸)而言,就只是很小的一部分。

上面我們已經計算出太陽每秒消耗的質量,再根據太陽的年齡,就能計算出太陽。太陽形成已經有46億年,把這個時間乘以質量損失率,就會得到太陽總的質量損失值為6.20×10^26千克。再次強調,這雖然有100個地球的質量那麼多,但是也只是太陽總質量的萬分之三,即0.03%。

由於上述計算對核聚變反應過程的過度簡化,可能會導致低估丟失的質量。為了得到氫到氦的轉變,在此之前必須要發生很多其他的反應,這樣的反應也會丟失質量,因此產生了能量,這整個過程是不在計算之內的。此外,太陽風還會損失一部分的質量。但總的來說,太陽在過去46億年裡「燃燒」掉的質量只有太陽總質量的很小一部分。按照這樣的速率,太陽核心區域中的氫燃料還能再夠「燃燒」50億年。

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    太陽每時每刻都在向外發出光,而且這個過程已經持續了長達46億年。通過光譜分析,天文學家知道了太陽的主要成分為73.46%的氫和24.85%的氦,氧的佔比為0.77%。雖然太陽包含了一些氧元素,但它們並非以氧氣的形式存在,因為太陽上的溫度非常高。
  • 太陽已經燃燒了46億年,為什麼還能穩定地發光發熱?
    隨著地球的自轉,太陽每天東升西落,滋養著地球上的生靈。不管是恐龍時代,還是現代,太陽母親都在穩定地向世界播撒著光和熱。太陽是一個懸浮在宇宙空間中的大火球,這個火球中的物質都處於等離子態,就是處於高溫電離狀態的氣體,閃電就是等離子體,它已經燃燒了46億年。
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  • 太陽為什麼燃燒了46億年還沒有熄滅?它的最終命運會如何
    但同時,人們也對太陽有了更多的迷惑和不解,最讓人們不解的就是太陽為什麼可以燃燒,而且根據科學家的推測,太陽已經燃燒了46億年之久,它為什麼可以燃燒如此長的時間還沒有熄滅?它的最終命運又會是如何?我們都知道,任何物質的燃燒都是需要燃料的,沒有燃料就無法燃燒起來,太陽自然也要滿足這個基本的規則才行。
  • 為什麼太陽能夠燃燒46億年而不滅?聽過科學家的解釋明白了
    對於太陽,人類自古以來就非常好奇,於是有人提出了一個問題:為什麼太陽能夠燃燒46億年而不滅?對於這個問題,科學界也經歷了一次次的探索才弄明白。事實上,太陽燃燒到現在是大於46億年的,要知道地球的年齡約46億年,而太陽系因太陽而誕生,太陽誕生後才慢慢誕生了地球等八大行星,科學家認為太陽的年齡應該有50億年了,我們所說的燃燒46億年,其實是以地球年齡來算的。
  • 46億年了,為什麼太陽還沒有燃燒完,內部究竟是什麼燃料?
    通過對於太陽的觀測,我們發現它已經在太陽系當中持續的燃燒了46億年的時間,在如此長的時間內,太陽是如何持續燃燒,保持不會熄滅的呢?在它的內部究竟有多少燃料呢?這些燃料究竟有哪些特質可以支撐太陽完成整個燃燒反應呢?
  • 太陽究竟使用什麼當燃料,為什麼燃燒了46億年還沒燒完?
    隨著天文望遠鏡的發明,人類第一次真正看到了宇宙,對於太陽也有了更加深入的了解,知道太陽是一顆恆星,地球圍繞著太陽公轉等。而且對於地球來說,太陽還是一個不可或缺的存在,是地球能量的來源。根據科學家推測,太陽自誕生起,到現在已經持續向外釋放光和熱46億年,但是太陽為什麼不像蠟燭那樣會熄滅呢?
  • 太陽已經燃燒了50億年,為什麼還沒有熄滅,它到底還能支撐多久?
    ,這些生命中還演化出人類這種高智慧生物,由於太陽在地球生命誕生過程中起到關鍵作用,人類也非常清楚如果沒有太陽那麼地球生命也將不復存在,因此人們總是擔心太陽會在什麼時候熄滅,如果熄滅了那整個人類就完蛋了,不過根據科學家研究,太陽儘管已經燃燒了50億年,但是目前它僅僅只是到了中年階段,距離晚年還有50億年,也就說太陽還可以繼續燃燒50億年,這樣人們就放心了,50億年的時間還有很久很久,根本不用杞人憂天。
  • 太陽為什麼燃燒46億年而不滅?質能方程式很好地解釋了這個問題
    地球誕生於46億年前,能夠有幸成為宇宙稀少的生命星球,自然離不開恆星太陽的功勞。如果沒有太陽對地球的照顧,也不會有地球生命的誕生,更不會有人類的誕生,可是說太陽是地球生命之母一點也不為過。正是由於太陽對地球的重要懷,自古以來人們才對太陽有一種特殊的情懷,在遠古時期,人類更是將太陽當成一種圖騰,一種精神力量。直到現在,世界上不少的民族和部落的圖騰仍然還是太陽。
  • 太陽「燃燒」了50億年?不,其實太陽從未燃燒過
    我們知道的是,太陽已經「燃燒」了將近50億年的時間,那麼它的能量還剩下多少呢?為何這麼久都沒有熄滅呢?這個問題困擾了人類很多年,直到近百年來科技快速發展,對於宇宙天體的認知逐漸系統化,科學家們這才將太陽能量的知識系統化。現在我們了解到,太陽的「燃燒」其實是氫核聚變產生的,簡單來說,太陽上的氣體主要是氫氣,而兩個氫原子合併成一個氦原子,這個化學反應釋放出的原子之間相互排斥所產生的的巨大的能量。
  • 太陽已經燃燒50億年,未來會熄滅嗎?答案可能出乎意料
    其實不然,事實上,對於地球生命來說,太陽才是最根本的東西。地球上的所有生命的生存都離不開太陽的照顧,即使是生存在地底的黑暗生物,也同樣多少會受到太陽的影響和照顧。沒有太陽,就不會有生命的誕生和演化,人類也不可能像現在這樣活得自在。
  • 太陽留給人類的時間不多了,只剩10億年,人類的希望在4光年外?
    距今46億年前,在太陽星雲的中心,大量的氫、氦氣體雲通過引力結合在一起,形成了太陽。在強大引力的擠壓下,太陽核心有足夠的壓力和溫度來進行氫核聚變,產生能量,所以太陽自身可以不斷發光發熱。在太陽形成大約6000萬年後,地球從太陽星雲的殘餘物中形成。再過幾億年,地球經過持續冷卻之後,出現了由液態水組成的海洋。在海洋中,意外地進化出了生命。
  • 太陽的壽命還有多久,為什麼燃燒了46億年,仍沒有熄滅
    在我們現在生活的環境當中,我們能夠看到很多關於太陽的一些知識,在這些知識上面我們能夠領悟到很多東西,比如人類的起源都是因為光而來的,生命正是因為有了光最後才有了希望等等,那麼也勾起了我們本能的好奇心,那就是這些光到底是從太陽的哪裡來呢,為什麼太陽可以一直冒出熊熊烈火,太陽產生運作的原理又是什麼呢
  • 太陽「燃燒」了50億年,何時才會熄滅?科學家:太陽不會燃燒
    我們人類發展的歷程也不過短短幾千年,相比起地球,比起太陽來說簡直就是小巫見大巫。根據我們已知的認識,太陽至少已經存在了50億年。太陽既然已經燃燒了50億年,那它會不會突然有一天就停止燃燒了,我們所需的光和熱是不是也將不存在了。
  • 太陽真實「年齡」46億歲,科學家是如何計算出來的?
    科學家們進行過推算,太陽的真實「年齡」至少已經46億歲,處於「中年」的階段通過這種推算方法,科學家們發現地球的誕生年齡已經46億年左右,所以太陽的的誕生年齡應該更早,估計在46億年到50億年之間。在浩瀚的宇宙裡,像太陽這樣的恆星數不勝數,僅僅在銀河系就存在著至少2000億顆到4000億顆。
  • 2000億億億噸的水澆到太陽上會怎樣?
    ,它已經持續「燃燒」了長達46億年。太陽這個大火球的質量達到了地球的33.3萬倍,或者說2000億億億噸(2×10^30千克)。那麼,太陽究竟在燃燒什麼?如果用重如太陽的水能夠澆滅太陽嗎?太空幾乎是真空的狀態,沒有像地球上這樣充滿了氧氣,所以太陽的「燃燒」與地球上的燃燒現象是不一樣的。太陽之所以能夠發光發熱,並非氧化還原反應,其原理與氫彈一樣,都是進行氫核聚變。
  • 2000億億億噸的水澆到太陽上會怎樣?
    太陽就像個大火球,它已經持續「燃燒」了長達46億年。太陽這個大火球的質量達到了地球的33.3萬倍,或者說2000億億億噸(2×10^30千克)。那麼,太陽究竟在燃燒什麼?如果用重如太陽的水能夠澆滅太陽嗎?太空幾乎是真空的狀態,沒有像地球上這樣充滿了氧氣,所以太陽的「燃燒」與地球上的燃燒現象是不一樣的。
  • 太陽已經有46億歲了,科學家是怎麼知道恆星年齡的?
    萬物生長靠太陽可是,科學家告訴我們,太陽不是永恆的。它也和我們人類一樣,也有出生,成長,青壯年,衰老,也會死去。而且科學家還告訴我們,目前太陽已經有46億歲了,準確點說,太陽的年齡已經有45.7億歲了。
  • 人類發現最大的黑洞:質量是太陽的660億倍,數字還在不斷增加
    人類發現最大的黑洞:質量是太陽的660億倍,數字還在不斷增加根據萬有引力定律,物體本身的質量越大,對其他物體產生的引力也就越大。而要說在宇宙中,有什麼大質量的物體存在,那麼一定就是黑洞了。黑洞是宇宙中最為神秘,也是最為「危險」的天體,通常由大質量的恆星,在燃燒殆盡後內核坍縮而成,而且黑洞的質量和體積是很不成比例的:如果把太陽壓縮成一個黑洞,那麼直徑大概只有3公裡;如果地球壓縮成一個黑洞,那就更只有一塊方糖的大小。宇宙中存在多少黑洞?目前沒人能夠給出答案。