核聚变 太阳每秒消耗420万吨物质,为何太阳还没烧完?( 二 )


太阳不仅给世界带去了光明 , 观察太阳的位置还能计算出我们的时间 , 我国古代人民根据陶阳的位置移动将一天分为12个时辰并建造日晷来认识时间 。 在欧洲一些国家也有类似日晷的指示时间的建筑 , 比如英国的巨石阵可以准确的标示出冬至或夏至至点的方向 , 玛雅的石柱可以指示出一天的时间 , 墨西哥艾尔堡金字塔能够准确的指示出春分和秋分的时间 。
太阳的起源
公元前1000年前 , 生活在美索不达米亚平原上的古巴比伦人开始思考天上的太阳到底是什么 。 在不懈的观察中 , 脖子都快望断了 , 他们发现太阳是围绕着黄道做不规则运动的恒星 。 几百年过去 , 时间跳转到古希腊时代 , 一位有名的哲学家这样解释太阳 , 他推断太阳是一个燃烧着火焰的金属球 , 比传说中太阳神赫利俄斯的太阳金车还大 。
Tips:日晷一般指日晷仪 。 日晷仪也称日晷 , 是观测日影记时的仪器 , 主要是根据日影的位置 , 以指定当时的时辰或刻数 , 是我国古代较为普遍使用的计时仪器 。
公元前三世纪 , 古希腊哲学家、天文学家阿里斯塔克斯提出了太阳是宇宙的中心 , 地球是围绕着太阳运转的理论 , 但是这个理论并不为亚里士多德在内的主流人士所认可 。 直到16世纪 , 哥白尼才建立了完整的日心说体系 , 并在布鲁尼的发展下成为欧洲世界的显学 。
17世纪 , 望远镜的发明使天文学家们可以更直观地观察太阳 , 1609年伽利略在望远镜中观察到了太阳黑子现象 , 神秘的太阳终于露出了面纱的一角 。 此后人们对太阳的发现如过江之鲫 , 数不胜数 。 1851年 , 在日食中拍摄到了第一张日冕照片 。 1859年人们发现了太阳耀斑 。
Tips:太阳黑子的常规观测不仅让我们认识到太阳黑子自身的变化规律 , 同时也揭示了太阳上的其他现象和规律 。
时间快进到现代科学初期 , 人们不再局限于对太阳的观测 , 而开始思考太阳是怎么形成的 , 它巨大的能源从何而来 , 何以能够照耀世间 。 著名的天文学者凯尔文爵士提出一个大胆的假设 , 他认为太阳是一个正在急速冷却的水球 , 现在发射出的光和热都是储藏在球体中心的热能 。 但这个假说很快就被打破了 , 取而代之的是约瑟夫·洛克尔的陨石说 。
直到1904年 , 卢瑟福才提出了一个受众广泛 , 理论基础扎实的假说 。 这个假说就是太阳所输出的光和热都是源自于内部的热源 , 并提出可能是内部热源物质的放射性衰变提供的能量 。 1920年 , 天文学家亚瑟·爱丁顿爵士在卢瑟福的基础上进一步提出 , 太阳核心的温度和压力导致核聚变将氢元素转换成了氦原子核 , 从而产生了能量 。
Tips:放射性衰变 , 不稳定原子核自发地放射出射线而转变为另一种原子核的过程 。 在绝大多数的核素是不稳定的 , 它们会自发的锐变 , 变成另一种核素 , 同时放出各种射线 , 这就叫做放射性衰变
天体物理学家加波施金在5年之后证实了氢元素在太阳系中处于优势地位 。 1938年 , 天体物理学家汉斯·贝特提出了太阳内部的质子-质子链反应和碳氮氧循环两种核反应过程 , 阐述了太阳的能源机制 。 20世纪中期 , 物理学泰斗爱因斯坦的质能方程E = mc2 ,证实了太阳的能量来源于内部的核聚变反应 。
太阳的聚变反应
太阳是太阳系的中心 , 它的表面交织着热等离子和磁场 , 温度十分高 。 它的直径约为1392000(1.392×106)公里 , 是地球直径的109倍 , 质量是2×1030千克 , 约为地球质量的333000倍 , 战太阳系总质量的99 。 86% 。 太阳的化学元素中 , 氢元素占绝对的上风 , 整个太阳中约3/4都是氢 , 氦约占1/4 , 剩下的包括氧、碳、铁等元素的质量少于2% 。
Tips:塞西莉亚·佩恩-加波施金1900年5月10日-1979年12月7日)是一位美籍英国女性天文学家 , 于1925年首次提出恒星主要由氢和氦所组成 , 虽然这和当时的传统看法相抵 。
正如上述所言 , 太阳的能量来自于内部的核聚变反应 。 太阳内部的物质密度高达150 g/cm3 , 温度接近1360万K , 在这里无时不刻地进行着核聚变反应 。 每秒大约将进行9.2×1037次的质子—质子链反应(核聚变的一种) , 消耗6.2亿吨的氢 , 将氢原子聚变转化成氦原子核 。
这个反应中 , 4个氢原子核在高温高压的作用下转变成为氦原子核 , 每秒大约有3.7×1038个质子成为氦原子核 , 相当于大约每秒6.2×1011千克 。 每次氢原子核聚合成氦时 , 大约会有0.7%的质量转化成能量 , 也就是说一次转换太阳就要损耗0.7%的质量 。 因此 , 太阳每秒就要消耗426万吨的质量 , 并释放出3.846×1026 W的能量 , 这相当于每秒钟产生9.192×1010 百万吨TNT炸药爆炸的能量 。

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