同樣都是天體,為什麼太陽會發光,地球卻不會?是誰點燃了太陽?

2020-11-24 鍾銘聊科學

在宇宙中其實無奇不有,宇宙中各種天體的劃分,主要的依據是質量。不同的質量會導致天體的一生完全不一樣的,即便同為恆星,質量不同,也會有不同的宿命;

行星和恆星最大的區別就在於因此,如果天體質量不到太陽質量的8%,那它最多只能是一顆行星,超過8%,就可以產生核聚變反應,發光發熱,就是一顆恆星。

因此,在宇宙中質量為王

而在宇宙之中,恆星可以被我們認為是宇宙的燭光,因為只有它們在發光發熱,照亮宇宙的各個角落,而它們當中一部分,內核溫度可以高達上億度。太陽系中的太陽,內核溫度只有1500萬度,但是我們的地球主要的能量來源就是太陽輻射,如果把太陽輻射出來的能量比喻成錢,太陽平均每秒向太空扔70萬億人民幣,但被地球接收到的只有3萬塊左右,而真正被人類所用的只有3塊錢左右。那恆星為什麼可以產生如此高溫和如此多的能量呢?

這其實要從宇宙大爆炸說起。

宇宙大爆炸

按照目前的主流科學理論,宇宙起源於138億年前的一次大爆炸。

大爆炸之後的普朗克時間(10^-43秒)內發生了什麼,我們目前還不清楚。所謂的普朗克時間指的是物理學所認知的時間變化的最小單位。

普朗克時間後,宇宙處於極其高溫的狀態,溫度達到了1.4億億億億度。(1.4*10^32度)所以,宇宙曾經就出現極其高的溫度,這也是我們目前所知道宇宙中最高的溫度。

此時,宇宙空間急劇膨脹,在宇宙誕生後的3分鐘左右,形成如今宇宙大量的基本粒子。到了宇宙誕生後的38萬年,溫度降到了3000度,原子結構得以形成,光子可以在宇宙中自由地穿行。

以往在科普時,講到物理學或者天文學知識時,許多人都在問,科學家明明沒有看到,憑什麼可以說發生過這一切?

其實道理很簡單,我們試想一下,警察和法官斷案,他們也沒有在現場親眼目睹兇殺案,那他們如何判定嫌疑人作案了呢?如果只有「眼見為實」,那所有兇殺案也就不可能會有兇手了。

其實這一切都遵循一個規則:一個理論到底成不成立,完全看證據,以及是不是可以證偽,科學有一套專業的範式。一般一位科學發表一篇論文,同行都是本著雞蛋裡挑骨頭的精神在看這篇論文。就拿我們所知道的物理學大神愛因斯坦來說,在他發表論文時,就有許多人指出他論文中的一些問題。甚至是到了愛因斯坦晚年,他發表的論文,也直接被許多同行指責為垃圾。

所以,你看,即使是愛因斯坦這樣的大神都不可能被優待。宇宙大爆炸得以成立就在於它有過硬的證據,以及預測了許多現象。

到了宇宙大爆炸之後的2億年,宇宙中的許多星雲物質,在引力坍縮下,逐漸形成了恆星。那這個恆星到底是如何被點亮的呢?

恆星的形成

恆星能被點燃最主要原因就是開頭說到的質量問題。就拿太陽來說,太陽佔據了太陽系總質量的99%。

由於質量巨大,因此引力巨大,太陽的內核溫度特別高,這個溫度可以達到1500萬度。而此時太陽內核的物質就呈現等離子態,意思是原子結構保不住了,電子由於獲得了足夠多的能量,擺脫了原子核的束縛。

但我們要知道的是,一般來說,要引發氫核聚變的溫度至少是1億度。之所以需要引發氫核聚變,是因為宇宙中絕大多數的物質都是氫元素,恆星基本上主要是氫元素構成的。但是由於太陽足夠大,加上微觀世界中存在的量子隧穿效應,以及在弱力的作用下,太陽還是可以引發氫核聚變,只不過這個反應不會像氫彈那樣劇烈,所以太陽才沒有一下子全炸了。而引發了核聚變之後,太陽實際上是核聚變產生的對外壓力和自身引力形成了動態平衡,得以保持住自身的形態。

我們要知道的是,太陽在恆星家族中並不算大。還有許多比太陽更大的恆星。

那些比太陽質量更大的恆星,以及演化到氦核聚變以及更高順位元素的核聚變的恆星,內核溫度都遠超過1億度的水平。

因此,恆星之所以能夠產生如此高的溫度,是因為質量大,導致引力大,最終在強大引力作用引發了核聚變反應,而核聚變過程中會損失一部分的質量,這部分的質量完全以能量的形式,或者說以光和熱的形式釋放出來,才使得恆星的溫度極高。

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  • 太陽燃燒會損耗質量,所以地球會遠離太陽,那地球會越來越冷嗎?
    太陽作為太陽系中的唯一一顆恆星,每分每秒都在釋放著巨大的能量,為太陽系內的所有天體帶來光和熱。而受益於太陽光和熱最多的星球莫過於我們的地球了,地球上所有生命的存續都有賴於太陽的照耀。在太陽的引力束縛之下,行星、矮行星、衛星和小行星在各自的軌道上有序運行,而太陽引力下降就代表著太陽對於太陽系中所有天體的束縛能力下降,那麼這些天體也就必然會逐漸遠離太陽,其中自然也就包括我們的地球。地球在逐步遠離並不是一個單純的理論問題,人類通過對水星的探測研究,早已發現了水星軌道的細微變化,並以此計算得出了太陽的引力常數的確處於減小的過程中。
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