核聚变|太阳烧了50亿年，为啥一直烧不完，烧完了会咋样？恒星

文章图片

文章图片

文章图片

文章图片

文章图片

这是许多人一直迷惑的一个问题。很早之前，科学家们也迷惑，因为根据太阳质量和光谱分析，即便太阳全部是由煤炭组成，是一个大煤球，这样源源不断的辐射强度，也只能烧5000年。
后来科学家赫姆霍兹和开尔文提出了一个理论，认为太阳能量来源是由于引力收缩，引力势能转化内能，继而转化为辐射能。但通过计算，这种方式的能量来源，太阳也只能维持3000万年左右。
但太阳的存在不可能只有3000万年，因为地球上的恐龙也活了几亿年。那么太阳到底是在烧什么呢？一直到爱因斯坦发现了颠覆人类思维的质能方程，科学界才总算弄明白了，原来是质能转换得到的能量，只有这种能量，才能够巨大而持久。
要说清这个问题，首先要说下恒星是什么
恒星是宇宙中的主要天体，在宇宙可见物质中，恒星占据了90%以上的质量。恒星都是起源于一坨巨大的分子气体云，也叫星云或宇宙尘埃。星云在自身引力作用下，逐渐收缩，越收越紧，最终收缩成一个巨大的球体。
收缩导致高压和高温，当核心温度达到800万度时，氢核聚变就发生了。核聚变释放出巨大能量，辐射到太空，恒星就发出了光和热，以一个巨大的等离子球体而存在。
恒星的组成元素主要是氢和氦，而且氢的质量占据了75%左右，其余基本都是氦。如果这颗恒星是在超新星大爆发后的尘埃中形成，组成的元素就有约1%左右的其他重元素。太阳是太阳系唯一的一颗恒星，是一颗在超新星大爆发后的星云中诞生。
太阳核聚变
太阳核心的核聚变是在1500万度高温和3000亿个大气压条件下形成的，在这样的高温高压下，氢原子的核外电子被剥离了，露出光秃秃的原子核，核与核之间挤压碰撞，就不断融合在一起，发生着4个氢原子聚合成一个氦原子的聚变。
在氢核聚变过程中，会有约0.7%的质量亏损。经科学测算，像太阳这么大质量的恒星，每秒钟约有6亿吨氢聚变为5.958亿吨的氦，其中约有420万吨质量转化为能量，这些能量以电磁辐射的方式，从核心通过辐射和对流，不断传播到太阳表面，源源不断地辐射到太空。
太阳核聚变的能量有多大？
根据爱因斯坦质能方程E=MC^2计算，太阳每秒辐射的能量达到3.78*10^26J（焦耳），相当3240万亿亿度电，或1351.8万亿颗广岛原子弹同时爆炸的威力。地球在太空中可承接这些能量的22亿分之一，就是每秒接收到1.72*10^17J的能量，约相当477亿度电， 1000万座三峡大坝持续不断的发电总量，每秒钟爆炸3159颗广岛原子弹的威力。
太阳一生要烧掉多少燃料
据科学测算，太阳的年龄已经有50亿岁了，其寿命约有100亿年，就是还有50亿年的燃烧，许多人有疑问：这要烧多少燃料啊，怎么就总也烧不完呢？
好，我们来测算一下：
【核聚变|太阳烧了50亿年，为啥一直烧不完，烧完了会咋样？】太阳的总质量约2*10^30kg（千克），也就是2000亿亿亿吨。太阳每秒钟要损失420万吨的质量，一年325.25天（天文计量通用的儒略年），也就是31557600秒，这样一年就要减少约1.33*10^14吨的质量(133万亿吨) ， 100亿年就减少了约1.33*10^24吨（1.33亿亿亿吨）。
这个数字看起来很庞大，但相比太阳质量只占约0. 000665 ，也就是约万分之七。我们想想，如果有人偷吃了你的盒饭，只占盒饭质量的万分之七，你能够发现吗？不要说万分之七，就是千分之一恐怕也很难发现吧。
那么，在这100亿年有多少氢转化为氦呢？
我们首先计算一下太阳中氢占有的质量：75%(2*10^30kg)=1.5*10^30kg 。太阳每秒钟有6亿吨氢转化为氦， 100亿年就烧掉（转化）氢约1.9*10^29kg ，约占太阳整个氢质量的0. 127 ，也就是十分之一多点。