太陽一直在釋放能量,為什麽數十億年來它卻變得越來越強?

科學就是生活 科技 (66) 5个月前

我們知道太陽一直在燃燒能量供給太陽系龐大的太陽能,太陽似乎一直在貢獻和釋放自己的能量,從技術上講,數十億年來它不是在失去能量或變得越來越弱嗎?那麽為什麽太陽似乎變得越來越強了,它內部的能量似乎越來越多了?

太陽一直在釋放能量,為什麽數十億年來它卻變得越來越強? 第1张

其實太陽正如我們所知,它確實正在失去能量,因為它確實在以光和熱的形式輻射它的質量,但它並沒有變得“更弱”,它實際上變得更熱,更亮,更強。要理解其中的原因,我們必須了解太陽,它幾乎100%是由氫構成的,在它死亡之前,只有大約10%的氫會聚變成氦,大部分的氫無法接觸到核心,當然,給太陽充能的就是它自己。

太陽的能量來源和消逝

我們知道,太陽是由氫聚變成氦提供能量的。這種融合發生在核心。恒星通過核聚變的過程將物質轉化為各種物質。恒星由過熱的氣體組成,並受到引力的束縛。核心包含巨大的壓力和溫度,強大到足以聚變原子核。然後恒星聚變將質量轉化為能量,比如將原子結合成較重元素的核反應,不過這類反應是相當復雜的,而且涉及遠不止兩個原子,但一般來說,產生的原子幾乎和參與反應的原子之和一樣重。

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在每次聚變反應中,太陽會損失非常少量的質量(原子總重量的很小一部分),轉化為熱能。所以答案是肯定的,恒星在通過核聚變產生能量時失去了質量,然後將這些能量釋放到太空中。例如,太陽自45億年前形成以來,已經失去了大約地球質量的100倍。不過,這仍遠低於其總質量的1%。

不僅如此,恒星通過恒星風失去質量,當恒星燃燒了數百萬年或數十億年之後,它們也會產生大量的粒子,即恒星風。由離子組成的帶電粒子,由自由的質子、電子或較重的原子核在巨大的磁力和熱量的作用下從恒星等離子體中躍出,恒星風隨著時間的推移逐漸侵蝕恒星的質量。這一質量損失比通過聚變失去的質量轉換小,但仍然是顯著的。自從太陽形成以來,由於太陽風的影響,太陽損失了大約33個地球質量。

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除了恒星風,恒星還可以通過爆炸失去質量,一些恒星在超新星爆炸中失去了相當多的質量。超新星爆炸發生時,恒星的燃料變得不穩定並逃逸,燃燒得非常熱,恒星的外層被吹向太空。超新星爆炸通常發生在恒星生命周期中可預測的階段,比如在恒星紅巨星階段的最後階段,當它脫離其外層成為白矮星時。不像恒星風和通過核聚變造成的質量損失,超新星可以在瞬間失去恒星的很大一部分質量,有時超過恒星總質量的一半,留下一顆小得多的恒星。

不過,太陽的這一系列過程都在產生熱量,為恒星提供燃料,導致外層膨脹,並將光發射到太空中。隨著恒星年齡的增長,越來越多的氦在核心積聚。因為內核的溫度不足以讓氦發生聚變,它就這樣停留在內核中,無法抵抗來自恒星上層的巨大壓力。

因此,由於氦沒有幫助支撐內核,上層將內核壓成較小的體積。這樣做會對核心造成更大的壓力。更多的壓力=更多的熱量。更多的熱量意味著剩余的氫將比以前更迅速地融合。因為它的熔合速度更快,它能產生更高的能量,從而能夠更好地抵抗上層的破碎壓力,系統再次處於平衡狀態。

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但這有一個額外的影響,太陽的光度增加了,相應的核心反應就要更頻繁,更強烈,更努力,所以太陽現在照耀得更明亮。結論是,太陽光度每1.1億年上升1%。因此,它在過去是暗淡的,在未來將會更明亮。

在大約6億年後,不斷增加的亮度將破壞地球上的碳酸鹽-矽酸鹽循環。這將導致大氣中的二氧化碳量急劇下降,下降到植物的C3光合作用不再發生的水平。因此,大多數植物(包括所有的樹木)都會死亡。

太陽的未來

但是隨著輻射熱和電磁波頻譜的所有頻率不斷損耗能量,太陽的整體質量正在緩慢下降。在大約100億年太陽將失去大量的質量,及其內部的引力將減少的水平外,中間區域的太陽將開始擴大由於加熱氣體的壓力超過重力崩潰的趨勢。請註意,隨著時間的推移,不僅僅是氫轉化為氦,氫也會隨著輻射能而失去質量,而太陽燃料(氫)的耗盡將導致核心在很長一段時間內冷卻下來。

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如果我們能去到一個遙遠的未來,觀察我們的地球和天空,地球將會被燒焦,而太陽將會在視覺上變成一個巨大的紅色實體占據視覺上的天空的大部分!在這數十億年裏,行星軌道可能會擴大一些,但太陽不斷擴大的無定形質量越來越接近行星,也會減輕這種影響,並在一定程度上限制行星軌道的擴張。太陽系裏的所有行星都要完蛋了!到那個時候,我們幾乎不可能出現在太陽系的任何地方。最終,我們的太陽將開始收縮,因為外圍大量的高溫氣體將開始消散,而更核心的坍塌將發生。由於我們的太陽質量低於錢德拉塞卡1.44太陽質量的極限,它既不會成為中子星也不會成為黑洞,在大約100億年之後,它將成為一顆白矮星……

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