太阳为什么一直燃烧?
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发布时间：2022-04-23 13:31
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时间：2023-10-15 19:34
太阳能源来自太阳内部的热核聚变.确实,太阳的能源不在其表面,而在它的核心部分.太阳中心的温度高达1500万摄氏度,压力又十分巨大.在这高温、高压条件下,物质的原子结构遭到了破坏,结果是氢原子核有可能通过一些原子反应结合成氦原子核.每4个氢原子核结合成1个氦原子核,同时释放的能量要比原来大100万倍以上.后来,科学家们又发现,太阳上氢的含量极为丰富,足可以进行100亿年以上的热核反应而不会停止.因此,太阳内部的热核聚变是太阳发光发热的真正原因.正是有了太阳的光,地球才会如此生机勃勃.
太阳源源不断地以电磁波的形式向宇宙空间放射能量。这种能量是由四个氢原子核在高温高压的条件下聚变成一个氦原子核而释放出来的。我们知道，一个氢原子核的原子量是1.00728，一个氦原子核的原子量是4.0015，4个氢原子核的质量应为4.0292。当4个氢原子核聚变成1个氦核时，就要亏损0.0276个单位的质量，其中，1克氢核聚变成氦核时要亏损0.0069克的质量。这就是说，太阳能的产生是以消耗质量为代价的，而且这些质量转化成太阳辐射就不再属于太阳了。太阳每秒钟要损失大约400万吨的质量，对于巨大的太阳质量来说简直太微不足道了。从太阳诞生到目前的50亿年中，太阳仅消耗了0.03%的质量，即使再过50亿年也仅消耗太阳质量的0.06%。可问题是，太阳质量再大，总还是有限的，到底太阳的寿命还能维持多长时间呢?对地球又有什么影响呢?
太阳的一生是从星云开始的，最后一直到红巨星、白矮星，成为太阳的死骸，这一过程大约要经过100亿年，也就是说再过50亿年将是太阳的死期，而我们人类生活的地球将在太阳变成膨胀的红巨星时被其吞掉。如果我们人类能生存到那个时代的话，就只能飞到其他星球上去生活了。
太阳在晚年将成为红巨星
太阳在晚年时,将己经耗尽核心区域的氢,这时太阳的核心区域都是温度较低的氦,周围包著的一层正在进行氢融合反应,再外围便是太阳的一般物质.氢融合反应产生的光和热,正好和收缩的重力相同.核心区域的氦由於温度较低,而氦的密度又比氢大,所以重力大於热膨胀力而开始收缩,核心区域收缩产生的热散布到外层,加上外层氢融合反应产生的热,使得太阳外部慢慢膨胀,半径增大到吞没水星的范围.
随著太阳的膨胀,其发光散热的表面积也随之增加,表面积扩大后,单位面积所散发的热相对减少,所以太阳一边膨胀,表面温度也随之降到摄氏三千度,在发生的电磁辐射中,以红光最强,所以将呈现一个火红的大太阳,称为”红巨星”.
在红巨星时期的太阳不稳定,外层大气受到扰动会造成膨胀,收缩的脉动效应,而且脉动的周期和体积大小关.想想果冻的情形,轻拍一下果冻,它便会晃动,而且果冻越大,晃动的程度越小.同样的道理,红巨星的体积越大,膨胀,收缩的周期也越长.
简单来说,五十亿年后,太阳核心区域收缩的热将导致外部膨胀,变成一颗红巨星.充满氦的核心区域则持续收缩,温度也随之增加.当核心区域的温度升至一亿度时,开始发生氦融合反应,三个氦经过一连串的核反应后融合成为一个碳,放出比氢融合反应更巨量的光和热,使太阳外层急速膨胀,连地球也吞没了,成为一个体积超大的红色超巨星.
太阳的末路:白矮星
相似的过程是在红色超巨星的核心区域再次发生,碳累积越来越多,碳的密度比氦大,相对的收缩的重力也更大,史的碳构成的核心区域收缩下去.但是当此区域收缩到非常紧密结实的程度,也就是碳原子核周围所有的电子都挤在一起,挤到不能再挤时,这种紧密的压力挡住了重力收缩.虽然此时的温度比摄氏一亿度高很多,但是还没有高到可以产生碳融合反应的地步.因此,太阳核心区域不再收缩,但也没有多余的热使外层膨胀,就如此僵持著,形成了白矮星.由於白矮星的核心没有核融合反应来供给光与热,整个星球越来越暗,逐渐黯淡下去,最后变成一颗不发光的死寂星球----黑矮星.经过理论上的计算,白矮星慢慢冷却变成黑矮星的过程非常漫长,超过一百多亿年,而银河系的形成至今不过一百多亿年,因此天文学家认为银河系还没有老到可以形成黑矮星.
经过计算,太阳体积缩小一百万倍,约像地球一样大时,物质间拥挤的的程度才足以抗拒重力收缩.想想,质量与太阳相当,体积却只有地球大小,很容易算出白矮星的密度比水重一百万倍,也就是说一一方公分的物质约有一公吨重,是非常特别的物质状态,物理学家称为简并状态.原子是由原子核和电子构成.一般人都看过电子围绕原子核的图画或动画,虽然是简化的示意图,却也反映了微小的物质状态.通常电子都在距离原子核很远的地方绕转著,如果温度逐渐降低,或是外力逐渐增加,则电子的活动范围便被押挤而越来越小,逐渐靠近原子核.但是电子与原子核之间的距离有其最小范围,电子不能越过这道界线.就像围绕在玻璃珠周围的沙粒一样,沙粒最多依附在玻璃珠表面,而无法压入玻璃珠中.
同样的,当所有的电子都*压挤再原子的表层时,物质状态达到了一个临界,即使在增加压力,也无法将电子往内压挤.这种由电子处於最内层而产生的抗压力称为电子简并压力.依据理论推算,质量小於一点四个太阳质量的星球重力,不足以压垮电子简并压力,因此白矮星的质量不能比一点四个太阳质量更大.到目前为止,所发现的白矮星数量超过数百个,也都符合这个理论.这个上限首先是由一个印度天文学家钱德拉沙哈(Subrahmanyan Chandrasekhar 1910-1995)在1931年利用量子力学所求出来的,因此称为钱式极限(Chandrasekhar’s limit).
当钱德沙哈拉当年提出的这种由电子简并压力挡住重力收缩的星球时,并没有得到赞扬,再英国皇家天文学会在一九三五年所举办的研讨会中,更受到当代大师爱丁顿(Authur Eddington)爵士打压,认为宇宙中并没有这种天体.德拉沙哈受到这个打击后,没有办法在即刊上发表论文,因此他写了一本书<<恒星的结构与演化>>,后来成为这个领域中的经典之作.为什麼要称之为白矮星呢?这是因为第一哥确定的白矮星是天狼星的伴星,颜色属高温的青白色,但是体积如此小,因此称之为白矮星,但是后来陆续发现许多同类的恒星,星光颜色属於温度较低的*橙色,但是仍然称它们为白矮星.白矮星因此成为一个专有名词,专指这类由电子简并压力挡住重力收缩的星球.
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时间：2023-10-15 19:34
我们经常会把太阳比喻成一个“燃烧的大火球”，但其实太阳的发光放热和我们平时见到的“燃烧”、“起火”是不一样的。通常我们看到的燃烧是物体与氧气进行的发光放热的氧化反应，并且出现火焰。太阳发光放热的原理，与太阳的形成和组成成分有关。
宇宙大爆炸38万年后，宇宙中的能量开始转变成物质，最先形成的是氢原子。氢原子发生聚变形成氦原子。最初的宇宙中充斥着许多形态各异的气体云，它们主要由氢和氦组成。这些气体云在引力的作用下，经过几十亿年甚至上百亿年的聚集和演化，会吸入非常多的气体和宇宙尘埃，它们相互挤压，产生大量热量，导致球体中心温度持续升高。当球体核心温度达到1500万度时，球体核心就会启动核聚变反应（核聚变是发生在原子核层面的反应，指的是质量较小的原子核聚合在一起，变成质量较大的原子核的过程），这时候球体也就成为了真正的恒星。
太阳的主要成分是氢，内部时时刻刻都在发生氢的核聚变反应（由4个氢原子核聚变为1个氦原子核），这个过程会产生大量热量。在太阳内部，每秒钟大约有7亿吨氢聚变成6.95亿吨氦，同时有500万吨的物质转换成了能量，并且以光和热的形式释放出来。太阳就是这样“燃烧”发光的。
↑对比一下氢原子核和氦原子核，可以明显看出来，4个氢原子核才可以组成1个氦原子核
——以上内容参考米莱童书《生命简史》
热心网友
时间：2023-10-15 19:35
但凡有科学常识的人都知道,物体的燃烧必须具备三个条件：可燃物、达到燃点以及氧化物。其中,氧气是燃烧必不可少的条件。因此,想要灭火最简单的方法就是隔绝氧气，生活中的很多灭火装置也确实是这样做的。
太阳散发出的光和热是地球最基本的能源来源，是地球生命的基本保障。然而宇宙中是没有氧气的,那么,在没有氧气的宇宙中,太阳是怎么燃烧的呢?
我们看到太阳会下意识地觉得它在燃烧，其实,这只是一种错觉，真正的太阳虽然从望远镜上看像是在燃烧，但它并没有真正进行燃烧反应,它只是发出了光热而已,就像灯泡一样，没有燃烧却一样能发出光和热。
为什么会发生这样的现象呢？这是因为太阳的内部发生了氢-氮聚变反应，这个原理其实和氢弹爆炸是一样的。核聚变会产生上亿摄氏度的高温，因此太阳就会发出巨大的光和热。
既然氢弹和太阳都是核聚变反应，那么为何太阳可以缓慢地“燃烧”，而氢弹却是在一瞬间爆炸呢?这主要是因为太阳太大了，太阳不是所有部分都在聚变,它的聚变也是逐步的、过程性的。太阳每秒把600万吨氢转变成氨，产生的能量只有22亿分之一到达了地球，即便如此，地球每秒接收到的太阳能仍有1.757×10焦耳之巨。也就是说,太阳每秒钟照射到地球上的能量相当于500万吨煤产生的能量。
太阳每秒产生22亿个5000万吨级的氢弹的能量，它确实是在时时刻刻地进行核聚变，只是因为太阳实在太大了,它的聚变过程要持续70亿年，而人类历史相对于这个漫长的过程来说实在是太短暂了。
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时间：2023-10-15 19:36
太阳既不是燃烧的煤，也不是燃烧的天然气，而是燃烧的氢。不是和氧气的化学燃烧，而是自己和自己发生的“核燃烧”，在原理层面和氢弹爆炸是一样的。每秒产生的能量相当于地球上所有煤炭资源产生能量的1000倍。
太阳是太阳系的中心天体,现在太阳质量的大约四分之三是氢，剩下的几乎都是氦，包括氧、碳、氖、铁和其他的重元素质量少于2%，采用核聚变的方式向太空释放光和热.
太阳是一颗黄矮星（光谱为G2V），黄矮星的寿命大致为100亿年，目前太阳大约45.7亿岁。在大约50至60亿年之后，太阳内部的氢元素几乎会全部消耗尽，太阳的核心将发生坍缩，导致温度上升，这一过程将一直持续到太阳开始把氦元素聚变成碳元素。虽然氦聚变产生的能量比氢聚变产生的能量少，但温度也更高，因此太阳的外层将膨胀，并且把一部分外层大气释放到太空中.
太阳不断地释放出巨大的能量。巨大能量来源于太阳内部的热核聚变。对太阳光谱的分析得知，太阳含有极其丰富的氢元素，按质量计约占71％。氢核在几百万度（K）高温下即可聚变成氦核，而太阳中心处于极高温（即1500万K）和极高压（2000亿个大气压）状态下，四个氢核聚变成一个氦核，从而释放出巨大能量。
爱因斯坦在狭义相对论中指出，质量和能量可以互相转化，其转化公式为：E =mV2。式中E为能量，m为质量，V为光速。现将0.007代入上式得：E=0.007×（3×1010）2≈6.21×1011J，即是说1g氢核聚变为氦核时，能产生6.21×1011J的热能，相当于燃烧2700t标准煤所发出的热量。按照上述计算，太阳从诞生到现在仅损耗了其总质量的0.03％，维持了50亿年的光能辐射。估计太阳寿命约100亿年，其质量的损耗也不过是总质量的0.06％。
热心网友
时间：2023-10-15 19:36
太阳上发生的是氢-氦聚变反应，原理和氢弹爆炸是一样的，它需要上亿度的高温。
氘和氚都是氢的同位素。在一定条件下，它们的原子核可以互相碰撞而聚合成一种较重的原子核－－氦核，同时把核中贮存的巨大能量(核能)释放出来。氘-氚反应时能放出1780万电子伏特的能量。据计算，1公斤氘燃料，至少可以抵得上4公斤铀燃料或l万吨优质煤燃料。
煤发出能量是通过燃烧，即碳与氧发生化学反应，利用的是化学能。核电站是通过核裂变－－铀或钚通过原子核的*，变为较轻的原子核，放出能量，并不要氧气参与。核聚变如上所指，也不要氧的参与，放出的能量比核裂变更多。
太阳上的氢，还能继续约50亿年的聚变反应。
太阳的表面温度为五、六百万度，中心温度约1200万度，还有很高的大气压。太阳上时时进行着核聚变反应，其大气是剧烈地运动着，产生着巨大的旋涡，其中温度相对较低部分，就是我们看到的“黑子”，其实它的温度并不低。至于说太阳上有“磨菇云”，那是丰富的想像力了，哪里有“磨菇云”啊？
而太阳就是一颗恒星，它就是因为在是星云团时，中心的压力过大，导致核聚变发生（主要由氢、氦发生反应）。核聚变的发生导致了温度的不断升高。并且在发生核聚变时，也向外播撒红外线以及光。
中国科学院等离子体物理研究所研究员、国家“九五”大科学工程EAST（实验型先进超导托卡马克）建设项目总负责人万元熙介绍说，太阳为什么会永远发光，永远能量不减，这是因为在高压高温条件下，太阳从里面到表面都在发生聚变反应。正是因为这些聚变反应释放出大量能量，使太阳上亿年源源不断发出光和热。但是太阳上的聚变反应是不可控的。
利用受控核聚变的能量发电具有许多优点，如核聚变释放出的能量大；可利用的海水资源蕴藏更丰富；由于核聚变反应主要借助氢同位素，因此不会产生长期和高水平的核辐射，不产生核废料，也不产生温室气体。万元熙说，从1升海水中提取的氢的同位素，实现完全的聚变反应，放出来的能量等同于燃烧300公升汽油所获得的能量。
