太陽為什麼會發光發熱?

2020-10-10 允兒的趣味科學

天氣晴朗的清晨,我們抬頭會看到一個火紅的球體正在從東方緩緩升起,我們稱它為「太陽」。在地球上,一天是分為晝和夜,太陽的出現就表示地球處於晝(白天),也產生了光和熱。


我們知道世間萬物的生長都是離不開光和熱的,例如:人類白天能夠看到多姿多彩的萬物容貌,植物通過光和作用產生能量等。試想一下,假設某一天地球上沒有了太陽,那我們的生活環境會是什麼樣子?如果太陽沒有出現,地球上也就沒有了光和熱,首先人類會處於黑暗之中,能難會見到萬物的生長了。由此可見太陽是地球生物(尤其是人類)生存與發展的關鍵,我們時時刻刻都離不開太陽的眷顧。

既然太陽與我們的生活息息相關,那不斷探索宇宙奧秘的人類就會開始思考:我們的太陽為什麼會永久發光發熱呢?

太陽的位置

首先我們先了解下太陽所處的位置,太陽是位於太陽系中心的一顆恆星,8大行星(水星,金星,地球,火星,木星,土星,天王星,海王星)還有彗星,矮行星等都是圍繞太陽為中心進行運動的。太陽表面是一個熾熱的氣體星球,表面溫度高達6000度,中心溫度可達1500萬度。


核聚變

在地球上,我們會看到一個物體如果燃燒的話,會產生光和熱,它的燃燒是屬於一種化學反應,需要一定的可燃物,助燃物,著火點,氧氣等。我們見到太陽的燃燒也是需要一定的媒介嗎?答案為:是的,太陽的燃燒屬於一種物理反應,它是依靠核聚變的方式來產生光和熱的,什麼是核聚變反應呢?我們來認識一下:

要想認識核聚變,首先我們認識下太陽它是由什麼組成的?太陽的組成成分為:氫元素,氦元素,其他元素(氧,碳,氖,鐵元素),其中氫元素佔主要位置,質量約佔整個太陽質量的70%以上,而其他元素僅佔2%。

太陽無時無刻都是處於高溫高壓的氣體狀態中,在其壓力作用下內部會產生熱核發應:4個氫原子結合產生1個氦原子。根據愛因斯坦的公式:E=mc^2定律,我們知道物質質量和能量間的關係,由此得知在這個核聚變反應中,氫作為太陽主要的燃料會將部分質量轉化為能量,從而太陽燃燒會釋放出大量的光和熱。


太陽的結構由內而外依次分為:核反應區,輻射區,對流區,太陽首先會在核反應區產生能量,以X射線和Y射線的形式向外傳遞到達輻射區,輻射區會吸收輻射再發出輻射,然後到達對流區,經過光球層向四周輻射來到我們的身邊,這樣我們就接收到了光和熱。


太陽龐大的能量

太陽產生的光和熱到底有多大的能量呢?據科學家測定,太陽在一秒鐘內發出的能量約有3800萬億億千瓦。這個是怎樣的概念呢?為能夠更加形象的表述,我們假設用一層12米厚的冰塊把太陽包起來, 只要一分鐘的時間,太陽放射出的熱量就可以完全把冰殼融化掉,由此我們知道了太陽釋放的能量是多麼的的龐大無比。

無太陽假說

人類認識了太陽是由於核聚變產生了能量從而釋放出光和熱,試想一下,假如某天核聚變中的元素氫元素燃燒殆盡,沒有了元素進行核聚變,是不是我們以後就沒辦法接收到光和熱了?前邊我們提到過,太陽的組成成分中不僅有氫元素還有氦元素。科學家判斷,假如沒有了氫元素,我們的太陽會進入一個塌陷的過程,太陽會以另外的元素:氦元素為燃料進行氦聚變反應的,在此期間內太陽也是會釋放光和熱的。

如果氦元素也燃燒殆盡了,那會是什麼樣子呢?太陽沒有了可以燃燒的元素,和之前一樣進行再次塌縮的循環,至此太陽的核心會變成白矮星。到那時人類是否存在還待科學家進一步驗證。看到這裡,大家是不是對於未來產生了惶恐,其實大家大可不必擔心我們的未來會是怎樣,因為科學家指出目前我們的太陽正處於壯年時期,自身還會不斷地進行長達50億年的核聚變反應。


總結

對於太陽為什麼會發光發熱,人類也有其他的猜想:太陽周圍的地球自身溫度低於太陽的溫度,由熱力學定律我們知道熱量總是從高溫傳遞到低溫的,所以就是太陽的熱量傳遞給地球了。還有一種猜想:核聚變需要高溫高壓,如果內部溫度極高,核聚變就會越劇烈,如果太陽自身不釋放出些能量,外部溫度也會產生核聚變,那太陽內外部都會發生核聚變,像氫彈一樣瞬間爆炸。所以為了生存,太陽必須釋放出些能量,從而延長自身的壽命。

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