為什麼太陽能夠燃燒50億年而不滅?它使用的究竟是什麼燃料?

2020-12-12 探索宇宙說

萬物的生存離不開能量,不管是植物還是動物還是其它的簡單生命,它們的生存都需要能量來支撐。地球是一顆物種豐富的生命世界,除了智慧生命人類之外,還有數百萬種以上的各種物種。

那麼地球生命所需要的能量是如何來的?除了一少部分是地球內部的能量之外,大部分還是來自於我們頭上的那個太陽。對於古時候的人們來說,太陽到底是什麼並不清楚,在古人的眼裡,太陽是神聖的,是無人偉大的存在,於是誕生了很多有關太陽的傳說。

進入科技時代之後,在科技的幫助下,我們開始不斷認知地球,認知地球之外的世界。這個時候,我們終於搞明白了太陽是什麼?其實太陽並不神秘,它在宇宙中是非常普遍的存在,跟地球一樣同樣是宇宙的天體,只不過由於它的質量非常大,成為了能夠釋放出巨大能量的恆星。

太陽的存在才有了太陽系,整個太陽系的能量來源主要是恆星太陽,地球生態系統的形成,生命的誕生,進化演化和生存都離不開太陽的能量。太陽的能量釋放其實也是一種燃燒,可是在我們的認知裡,燃燒需要氧氣,需要燃料,往往都是短暫的能量釋放。

可是太陽的燃燒時間卻非常漫長,根據科學家的研究發現,太陽形成於50億年前,燃燒到現在已經有50億年的時間。按照太陽質量的標準,它還能夠繼續燃燒約50億年左右。為什麼太陽能夠燃燒50億年而不滅?它使用的究竟是什麼燃料。

任何物質的燃燒都需要燃料,一旦燃料沒有了,這個燃料過程就會終結,太陽同樣也是如此。既然太陽能夠燃燒50億年而不滅,那麼它的燃料必然也是與眾不同的,事實真的如此嗎?

其實太陽燃燒所需要的燃料非常簡單普遍,它就是佔宇宙大部分元素的氫。我們都知道,宇宙起源於138億年前的奇點大爆炸,大爆炸之後宇宙誕生了,在此瞬間的能量釋放過程中,逐漸形成了質子,中子,電子等基本粒子。

到了宇宙大爆炸之後的38萬年,原子結構得以形成。此時,宇宙中絕大多數的元素是氫元素,佔比達到75%。剩餘的幾乎都是氦元素,其他的元素佔比極其少,連1%都不到。

即使是現在的宇宙,氫元素和氦元素的佔比仍然達到了99%,恆星是宇宙早期誕生的最早一類天體,所以組成恆星的物質主要是氫元素,其次是氦元素。氫氦元素組成的天體在宇宙其實非常普遍,比如太陽系的木星和土星等氣態行星,組成它們的元素主要是氫和氦。

恆星與這些氣態行星不同之外,就是它們的質量更大,當質量達到一定程度之後,普通的天體就會成為能夠燃燒的恆星。而這一切的因素跟引力有著巨大的關係,宇宙的一切都是在引力的作用下形成的。

引力就是宇宙背後真正的操控者,當太陽的質量越來越大,其引力也會越來越大,達到某個臨界點的時候,引力不斷擠壓自身,太陽內核的溫度就會越來越高,達到了核聚變反應的溫度。於是太陽內核被激活點燃,變成了一個不斷運行的可控核反應堆。

事實上,像木星這樣的氣態巨行星,它們的內核之處也是由氫元素在引力的作用下不斷擠壓而成的固體氫,只不過其質量無法達到點燃雷射內部核聚變的程度,才只能以氣態巨行星的身份存在。

核聚變是一種非常特殊的燃燒模式,它應用的是原子層面的化學反應,跟普通的物質燃燒是完全不同的。所以核聚變的燃燒不需要氧氣等助燃氣體,只需要氫核等燃燒足夠,就可以一直燃燒下去。

由於太陽的質量是地球的33萬倍,佔到了整個太陽系質量的99.86%,所以太陽聚集的氫和氦元素是非常充足的,足夠的氫元素才讓太陽燃燒了50億年而不滅,未來還能夠繼續燃燒50億年左右。

當然,任何事物都沒有無窮無盡,太陽的氫元素雖然非常充足,但是仍然有消耗完的一天,而太陽氫燃料消耗完之後,太陽的壽命也將迎來終結。只不過,氫元素消耗完並不意味著太陽很快就可以熄滅,而是還能夠繼續燃燒至少數千萬年的時間。

太陽內部的核聚變反應是一個比較複雜的過程,核聚變不斷消耗氫轉換為氦元素,當氫消耗完之後,氫氦聚變就結束了,這個時候核聚變反應並不會停止,而是再以氦元素為燃料繼續發生聚變反應,轉移為其它的重元素。

而在這個過程中,太陽也將變得不穩定起來,外圍物質開始不斷膨脹,轉變為紅巨星。當氦元素聚變結束之後,太陽就會進入最後階段,外圍物質脫離,留下內核演化為白矮星。而太陽外圍分離的物質當中,含有大量的重元素,這也是宇宙重元素的來源之一。

由此可見,恆星對於宇宙的演化有多麼的重要,它除了是重要的能源天體之外,還是重要的元素演化工廠,可以將氫氦等原始元素,不斷演化為各種重元素,豐富宇宙的元素物質。而有了豐富的重元素之後,才會有其它事件演化的可能,比如生命的誕生。

恆星有自己的生命周期,少則數千萬年,多則數百億年。太陽50億年後的終結也意味著整個太陽系將迎來末日,那個時候地球想要獨善其身,除了離開太陽系之外,沒有其它出路。留在太陽系,地球的命運只有毀滅,徹底消失在宇宙中。

而想要讓地球自由離開太陽系,需要非常強大的科技力量才能夠做到。好在,太陽留給人類的時間還非常漫長,數十億的歲月,足夠人類發展到高級文明階段,那個時候人類的腳步可能已經遍布宇宙的各個角落。

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