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          核聚變100問(27):太陽每小時會“燒”掉144億噸物質(zhì),為什么還會越來越大?

          太陽如同一個不斷噴發(fā)著光與熱的巨型火球,它每分每秒向外界輻射出的能量微乎其微地(大約是22億分之一)傳遞至地球,使地球變得溫暖宜人。

          太陽每秒釋放的能量高達3.8 x 10^26焦耳。根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程E=MC^2,我們可以計算出太陽每秒大約會損失400萬噸的質(zhì)量。如果以小時為單位,太陽每小時將損失驚人的144億噸物質(zhì)。這引發(fā)了一個問題:太陽未來是否會因此而逐漸縮???

          盡管太陽不斷失去物質(zhì),但科學家指出,太陽的體積實際上將會持續(xù)增大。大約在50億年后,太陽將膨脹成為一顆巨大的“紅巨星”,其外層甚至可能延伸至接近地球的軌道。

          太陽的質(zhì)量約為2 x 10^27噸,因此每小時損失的144億噸物質(zhì)相比之下微不足道。即使在50億年后,這種損失也僅占太陽總質(zhì)量的極小部分,對太陽的影響幾乎可以忽略不計。那么,為什么太陽的體積會增大呢?這需要從太陽的內(nèi)部機制來分析。

          所有星球,包括太陽,都是由大量物質(zhì)在引力作用下凝聚而成的。太陽由于其巨大的質(zhì)量,內(nèi)部物質(zhì)在重力作用下不斷坍縮,導(dǎo)致核心區(qū)域的物質(zhì)密度和溫度不斷升高。當達到臨界點時,太陽核心的氫核聚變反應(yīng)被點燃,成為太陽發(fā)光發(fā)熱的源頭。

          核聚變產(chǎn)生的能量極為龐大,一旦啟動,釋放的能量將在太陽內(nèi)部產(chǎn)生向外的輻射壓力,有效阻止了太陽的進一步坍縮。

          當太陽核心的核反應(yīng)較弱時,重力占主導(dǎo),導(dǎo)致太陽體積縮小。體積縮小后,核心的物質(zhì)密度和溫度增加,核反應(yīng)變得更加劇烈,輻射壓力隨之增強,再次占據(jù)上風。

          在這種情況下,太陽體積會膨脹,膨脹后核心的物質(zhì)密度和溫度降低,核反應(yīng)減弱,重力重新占優(yōu)。因此,太陽的體積大小實際上是由重力和輻射壓力之間的平衡決定的。然而,這種平衡不會永遠持續(xù),因為太陽的“核燃料”終將耗盡,最終重力將占上風。

          但在這一過程中,太陽內(nèi)部的輻射壓力將逐漸增強,導(dǎo)致太陽體積增大。這是因為氫核聚變的產(chǎn)物氦在太陽核心積累,而太陽核心的溫度和物質(zhì)密度并不足以引發(fā)氦核聚變。這導(dǎo)致太陽核心的殼層向外擴張,核聚變區(qū)域隨之增大。

          核聚變區(qū)域的擴大意味著更多的氫參與核聚變,而太陽的重力幾乎保持不變,因此太陽的輻射壓力逐漸增強,導(dǎo)致太陽體積增大。實際上,自誕生以來,太陽一直在變亮,體積也在不斷增大。

          由于太陽內(nèi)部的輻射壓力非常強,太陽外層的氫無法進入核心區(qū)域,目前只有核心的一小部分區(qū)域在進行“燃燒”,其半徑約為太陽半徑的四分之一。

          大約50億年后,太陽核心的氫將耗盡,太陽將因內(nèi)部失壓而急劇坍縮,形成溫度和物質(zhì)密度更高的環(huán)境。這將導(dǎo)致太陽外層的氫在核心外圍發(fā)生劇烈的核聚變反應(yīng),釋放出巨大的能量,這種現(xiàn)象稱為“氫殼層核聚變”。

          隨后,太陽內(nèi)部的輻射壓力將急劇增長,以至于太陽的重力無法抗衡,太陽將迅速膨脹,演變成一顆“紅巨星”。同時,由于太陽核心沒有輻射壓力,它將繼續(xù)坍縮,溫度和物質(zhì)密度進一步增加。當達到臨界值時,太陽核心的氦核聚變將被點燃,短時間內(nèi)釋放出比氫核聚變更高的能量,這一現(xiàn)象被稱為“氦閃”。

          簡而言之,盡管太陽每小時損失144億噸物質(zhì),但這種質(zhì)量損失對太陽來說微不足道。太陽之所以未來不會變小而是變大,主要是由于內(nèi)部輻射壓力的影響。最終,太陽將演化成一顆體積與地球相當?shù)闹旅馨装恰?/span>

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