本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
有人常有質疑:太陽一直在劇烈燃燒,據說又是核聚變,但為什麼不像地球氫彈爆炸一樣的爆炸呢?
太陽到底是在燃燒,還是在爆炸?其實這是一個認知局限的問題。
首先弄弄清楚何為爆炸?
爆炸是什麼意思?從本質上來說,爆炸就是能量的釋放,與一般能量釋放不同的是爆炸是能量的快速瞬間釋放,是能量劇烈爆發對周邊形成的巨大壓力和破壞力。
在我們地球環境下,人類普通認知的爆炸就是物體體積急劇膨脹擴大,使周圍的氣壓發生巨大壓縮壓強,由此產生突然的壓力釋放,並發出巨大聲響。爆炸的後果是閃光、衝擊波,使周邊物體受到破壞。如果是核爆還會發出巨大光輻射、核輻射、核汙染等。
因此,在地球上爆炸所造成的威力,主要是空氣的膨脹,在高溫高壓狀態下,劇烈膨脹的空氣無法及時疏散開來,就會發生地球式爆炸。但在太陽裡,是沒有空氣可供其膨脹開來的,太陽的主要組成是氫和氦,其中氫佔了約90%,氦佔了約10%,其餘元素加起來只有1%左右,而氫在沒有氧的情況下本身是不會燃燒的。
但太陽作為巨大的能量源,每時每刻都在發生巨大的能量爆發。
地球的任何爆發,在太陽面前都是微不足道的。
人類現在擁有的最大氫彈是前蘇聯製造的大伊萬,又叫沙皇炸彈,裝藥爆炸當量為5000萬噸TNT。人類目前擁有的核彈總量不到10000枚,若平均每枚100萬噸TNT當量的話,也不過100萬億噸。
而太陽是怎樣一種情況呢?
在太陽中心,每秒鐘有6億噸的氫轉化為5.958億噸的氦,其中420萬噸質量轉化為能量。這個能量有多大呢?根據愛因斯坦質能方程E=MC^2計算,為3.78x10^26J的能量。也就是每秒鐘太陽爆發出的能量相當於10500億億度電;相當於9億億噸TNT爆炸威力,18億顆世界最大氫彈沙皇炸彈同時爆炸威力,約7萬億顆廣島原子彈同時爆炸的威力。若按照100萬噸TNT為1枚核彈計算,相當900億顆,是人類擁有核彈總量的900萬倍。
也就是說,每秒鐘要有900萬倍人類核彈總量的能量,才能維持太陽輻射的能量。這些能量源源不斷的輻射到太空,我們地球能夠享受到其中的22億分之一,相當每秒鐘有3182顆廣島原子彈同時爆炸的威力,一個小時就爆炸了1000多萬顆廣島原子彈。
所以,千萬不要以地球小人之心度太陽君子之腹。
太陽的「核爆炸」是「受控」進行的。
事實上,太陽每時每刻都在「核爆炸」,但這個爆炸是在中心引力約束中進行的。
太陽是一個巨大的等離子體,聚集了太陽系99.86%的質量,半徑有69.6千米,其實中心的核聚變就是在高溫高壓下進行的,尤其是高壓。太陽中心溫度只有1500萬K,壓力卻有3000億個地球海平面大氣壓,正是這個巨大的壓力,把核聚變爆炸的威力約束在核心裡。
要知道地球上最大壓力在地核,那裡的壓力也只有300多萬個,只是太陽中心的10萬分之一。根據萬有引力定律,物質質量越大,向心的引力壓力越大,恆星就是在收縮過程中,由於中心引力壓力越來越高,溫度越來越高,從而點燃了中心核聚變的。當核聚變一旦激發後,恆星的收縮壓就被核聚變巨大的輻射壓抵消了,形成了一個平衡。恆星從此就進入了一個穩定的狀態,太陽是一顆普通的恆星,當然也是遵循這個規律。
這個規律正是我們宇宙中可見物質最多的一種存在,佔可見物質比例的90%以上,因此以等離子體形態存在的物質佔據了我們宇宙可見物質的90%以上。
恆星中心不斷進行著核聚變,這樣,一方面核聚變形成的巨大輻射壓抵禦著恆星本身巨大的引力壓,使恆星維持一個穩定狀態;另一方面核聚變巨大的輻射能量通過內部輻射和對流,不斷的從中心向表面傳遞,最終以電磁輻射的方式,將這些能量輻射到太空。恆星這個穩定平衡的時期,就是恆星的主序星時期。恆星的主序星時期佔據了恆星壽命90%以上的時間段。
恆星的壽命與其質量成反比。
也就是恆星質量越大壽命越短,質量越小壽命越長。我們太陽是一個中小型黃矮星,壽命約100億年,現在已經50億歲了,還有約50億年就會壽終正寢。比太陽小的紅矮星佔銀河系或者說宇宙絕大多數,壽命可以達到萬億年以上,與宇宙同壽;而一些大質量恆星,比如大於太陽100~300倍質量的恆星,壽命則只有幾千萬年甚至幾百萬年。
這是因為,質量越大的恆星,中心壓力和溫度越高,核聚變反應越激烈,消耗的能量就越大越快;反之核聚變很溫和,消耗小,而且後期也無法激發出氫以上元素的核聚變,只會慢慢燒完熄滅。
在地球上,氫彈爆炸時中心溫度可以高達數千萬度甚至上億度,溫度是超過了太陽中心的,但所形成的壓強只有幾百萬上千萬個大氣壓,比起太陽中心壓力差遠了,如果將這些氫彈弄到太陽中心去爆炸,一個泡泡都起不來。因此地球上的任何爆炸都是無法與太陽爆炸相比的。
太陽表面隨便冒一個泡泡,威力也秒殺地球。
太陽是一個巨大的等離子體,事實上,太陽不但中心爆炸威力強大,即便其能量傳遞到了表面,激起的太陽表面風暴也是風起雲湧,其洶湧澎湃的程度是地球任何風暴都無法比擬的。
太陽黑子一般被認為是太陽等離子體由於磁場擾動形成的風暴漩渦,實際上有點像我們看到地球上巨大火災形成的火焰漩渦,漩渦裡的溫度稍低,所以人們看起來就比周圍火焰暗一些。當然太陽的這些等離子風暴漩渦無法用地球火災來比喻,但由於我們距離遙遠,相隔1.5億千米,看起來,這些風暴漩渦就是太陽明亮臉龐上一顆顆小黑痣。這些黑痣小的有地球一個州大,大的有幾個地球大,隨便丟個把地球進去,瞬間就會被吞沒。你說這個漩渦風暴是多少核彈可以比擬的?
太陽黑子活動越激烈,會對太陽磁場擾動越大,積聚能量就越巨大,以太陽耀斑的方式爆發。隨便一個耀斑爆發,都要比地球上所有儲存的核彈同時爆炸能量大多了。一個耀斑在幾分鐘到幾十分鐘的持續時間裡,可以釋放出10^20~10^25J的巨大能量,這相當於地球上百億顆核彈的能量,而地球上所有的核彈加起來才不到10000枚。
大的耀斑爆發所產生的劇烈太陽風,以每秒800~1000千米的速度飛馳來到地球,這可比任何地球核爆炸輻射要強烈N倍。如果地球沒有磁場保護,任何生物都會被這種強烈輻射所殺滅,或者說地球就無法孕育出任何生命。即便地球有了強勁的磁場保護,如果發生巨大的耀斑,也會引發地球磁暴,導致衛星、通訊、航空、電力、各種管網遭到衝擊或破壞。要知道我們距離太陽1.5億千米,其爆發能量的巨大破壞力都能夠到達,這種威力是地球一個炸彈爆炸或者最大的沙皇炸彈爆炸根本無法仰望的。
所以,太陽的「爆炸」無法用地球之渺小來度量。
時空通訊認為,用地球核彈爆炸的思維去類比太陽的爆炸,實在是一種缺乏常識,完全不知天外有天,天高地厚的淺薄意識。相比太陽,地球人類,地球上所有的爆炸物,包括地球本身,加起來都當不得太陽這個大熔爐裡面的一顆煤球。我們一定要記住,地球質量只是太陽的33萬分之一,體積只是太陽的130萬分之一。
用一個可以容納33萬個煤球的爐子燒出來的火,比喻其中一個煤球上的弱弱爆出來的一粒火星,你覺得合適嗎?
就是這樣,歡迎討論,感謝閱讀。
時空通訊原創版權,侵權抄襲是不道德的行為,敬請理解合作。