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燃燒需要氧氣,太陽燃燒這麼久是有充足的氧氣嗎?

為什麼太陽可以燃燒這麼久?難道太陽那邊有很充足的氧氣嗎?
太陽發光發熱不是一般意義上的燃燒,而是核聚變。
太陽是一個等離子體,就是在高溫下,部分原子的核外電子喪失,原子變成了離子,但喪失的電子並沒有完全離開原子核,而是一直蕩漾在原子核的周圍,形成一團保持電中性的「電漿」,這就是等離子體。

太陽這種等離子體狀態不是靠氧氣化學燃燒的高溫形成的,而是源於核心區氫核聚變釋放出的巨大能量,使太陽表面的氣體完全電離,這樣的太陽的火焰並不需要氧氣參與燃燒,就成為我們看到的一個耀眼光球。

太陽這個球主要是由氫和氦組成,按質量氫佔比為73.46%,氦佔比為24.85%,還有約1.69的其他元素,包括氧0.77%、碳0.29%、鐵0.16%、氖0.12%、氮0.09%、硅0.07%、鎂0.05%、硫0.04%等。

我們地球上大氣氧元素佔有21%,才會助燃出足夠的火焰。從太陽成分結構來看,只有0.77%的氧,怎麼可能靠氧氣燒得起來呢?

等離子體是物質存在的第四態,恆星是可見宇宙的主體,因此我們可見宇宙主要是由等離子體組成,是這個世界最多的物質形態。

太陽為什麼會核聚變?
太陽是我們太陽系唯一的母恆星,其質量達到1.9891×10^30kg,佔據了整個太陽系的99.86%,是我們地球質量的33萬倍。

根據萬有引力定律,質量越大的天體,引力越大,這種引力不光是天體表面外的相互吸引力,而且有不斷向中心坍縮的趨勢,這樣就形成了向內的巨大引力壓。比如地球,中心壓力達到了360萬個海平面大氣壓,而太陽這樣巨大天體,核心引力壓力達到了3000億個大氣壓,是地心壓力約8萬多倍。在這種壓力下核心溫度達到1500萬度。

核聚變的條件一是高溫,二是高壓。太陽核心溫度並不算高,因此催動核聚變的主要原因是高壓。

太陽核心的氫原子在高溫高壓下,外層電子被剝離成為自由電子,原子核就被光禿禿的暴露出來,在巨大壓力下靠在一起發生融合,也就是聚變成為一個氦原子核。在這個聚變過程中,會有0.7%的質量轉化為能量,這就是太陽巨大能量的來源。

據測算,太陽每秒鐘有6億噸的氫轉化為5.958億噸的氦,其中有420萬噸的質量全部轉化為能量,根據愛因斯坦質能方程E=MC^2,我們可以得出這個能量達到3.78×10^26J。

這是一個什麼概念呢?就是太陽每秒鐘發出的能量相當約1.05萬億億度電,要燃燒3億億多噸煤才能夠得到。這些能量不斷的從中心向外輻射,經過輻射區、對流層、光球層、色球層,最後以電磁輻射的方式散發到太空,我們地球也分得22億分之一這點羹。

不過地球這點羹每秒就達到了1.72×10^17J,相當480億度電,是1500萬座三峽大壩發電總量,或每秒3000多顆廣島原子彈爆炸的能量。

那麼,太陽能夠以這種核聚變方式燃燒多少年呢?
很多人擔心,太陽這麼燒下去,即便是這麼核聚變下去,每秒鐘消耗掉6億噸的氫,不會很快掏空了身子死掉嗎?我們來計算一下。

太陽是一顆黃矮星,這種質量恆星典型壽命約100億年,現在太陽年齡約50億歲了,還有50億年的壽命。那麼這100億年能夠燒掉多少氫呢?又消耗掉多少質量呢?這是一個簡單的小學算數題,我們吃瓜群眾都能夠算出來。1個小時3600秒,1天24小時,天文學中一個儒略年為365.25天,就是31557600秒。100億年就是約3.16×10^17秒。

每秒鐘消耗6億噸的氫,100億年消耗:(3.15576×10^17)x(6×10^8)≈1.89×10^26噸。

100億年消耗了約189億億億噸的氫。而太陽質量為1.9891×10^27噸,100億年消耗掉的氫占太陽質量比的多少呢?即:(1.89×10^26)/(1.9891×10^27)≈0.095

也就是100億年太陽由氫轉化為氦的消耗總量約佔太陽總質量的不到十分之一。如果要計算其真正轉化為能源的質量,消耗量就更少了,只是這個消耗總量的0.7%,為太陽質量的0.00067%。

所以,一些朋友老擔心太陽會燒完了完全是多餘的。
實際上太陽演化晚期,並不是整個太陽的氫轉化完了,而只是核心的氫完成了轉化,太陽會膨脹成一個巨大的紅巨星,這個紅巨星外圍質量會漸漸消散到宇宙中,中心那被轉化為氦的部分,在停止核聚變後的引力高壓下會發生氦聚變,最終成為一個緻密的碳球,這就是太陽的歸宿~白矮星。

白矮星只有地球體積差不多大小,但質量卻有太陽的0.5倍左右,上面的物質密度達到1000~10000kg/cm^3。

這是另一個話題,就此打住。

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