一切生命活动都需要能量的支持,地球上数百万个物种的生存繁衍,能量来源是关键。不同物种都处在食物链之中,能量从植物类开始一级级向上传递,构成能量金字塔模型。
而植物主要是通过光合作用,把太阳能“固化”,支持地球生命的生存,因此从本质上来说太阳是万物之源,否则生命很难出现和繁衍壮大。
太阳是一颗普通的黄矮星,根据太阳质量天文学家预估模型,太阳有100亿年的寿命,目前已经过去了50亿年。恒星的演化是一个漫长的过程,短的数千万年,长的数百亿年甚至更久,这主要跟恒星的质量有关。恒星质量越大寿命越短,质量越小寿命越长。
恒星演化到生命后期会有三种结局:白矮星、中子星和黑洞,而太阳在50亿年以后将会变成白矮星,也是致密星的一种。恒星之所以发光发热,是由于内部在进行着核聚变有质量损失,这些损失的质量按照爱因斯坦质能方程转换为能量释放出来。
那么问题就出现了,人类目前对于核聚变的应用主要是在武器装备上,也就是威力巨大的氢弹,氢弹爆炸瞬间就可以完成,那么太阳内部的核聚变为什么可以一直持续着进行100亿年,而不是瞬间完成能量释放过程?
太阳形成于50亿年前的原始星云,那是上一代恒星残留下的物质或者说是星际空间中聚集气体分子,主要是氢气和氦气。整片原始星云绕中心高速旋转,并且不断的聚集到中心密度较大的区域,在外界不断的挤压下中心区域压力和温度急剧上升,达到了氢核聚变的条件,新的恒星被点燃形成。
此后剩余的原始星云物质,同样的原理构成了太阳系内主要的行星以及卫星等,一些天体碎片成为小行星彗星被推离内太阳系。
太阳内部的核聚变只在一定范围内才进行,这个部分被称为太阳内核,大约是从中心点开始达到0.2太阳半径的位置,这个区域是温度和压力最高的地方,同时也是太阳核聚变发生的地方。
太阳在自身的引力塌陷作用下,有一个向内得力,不断地挤压着太阳核心产生高温高压环境,温度高氢核运动的快,压力高氢核碰撞几率增加,这样的环境中氢核聚变速率会加快。当太阳内部核聚变的速率加快,会向外释放出巨大的能量,这个时候会产生一种向外膨胀的力。我们可以把这个过程想象成太阳的“呼吸”,当膨胀起来之后内核压力减小核聚变速度就降了下来。
这个时候自身的塌陷作用继续向内施压,又开始新一轮的“呼吸作用”,因此可以说恒星内部的核聚变都是可控的,是一种动态的平衡过程,因此不会发生像氢弹那样瞬间引爆燃烧殆尽。
还有一个重要因素那就是太阳的质量太大了,内部的氢核每秒钟消耗6亿吨,聚变成5.95亿吨的氦核,损失的500万吨质量全部按照爱因斯坦的质能方程转换为能量,以光和热的形式释放出去。其实这个过程也就类似于氢弹的瞬间爆炸,但是太阳质量太大了,就类似于无数个瞬间的叠加,那么完全反应也需要漫长的时间。
随着内核处核聚变的不断进行,氦核的积累越来越多,当达到一定程度氦也会被点燃,发生氦核的聚变,生成氧和碳等,这个过程称为氦闪,会释放出巨大的能量。在太阳走入生命末年之前会经历这个过程,最后太阳将会变成一颗致密的白矮星,内部的反应几乎停滞了。
太阳的青壮年时期就是人类发展的最好时间,未来进入老年时期,温度逐渐的升高,地球上或许不再宜居变成人间炼狱,人类如果不具备远距离星际航行的能力,那么就只能不断的近距离向外转移,例如火星以及土星木星的卫星上。
你认为人类文明未来最可能走向何方?
文/科学黑洞,图片来源网络侵删。