人们对太阳的印象,通常是一个持续燃烧的巨大火球,不过,科学家经研究得出,这里的“燃烧”实际上是一个错误的观念,更确切的说是一个假象,因为太阳的“燃烧”和我们平常看到的木头燃烧、煤炭燃烧之类的氧化还原反应有本质的区别。其实仔细想想就知道,太空中根本没有氧气,又哪来的那么多氧气供质量体积如此巨大的太阳燃烧50亿年之久呢?
那么,太阳的“燃烧”究竟是什么?它又为何会呈现出“燃烧”这种假象?首先我们要了解太阳的成分,组成太阳的物质大多是氢元素,差不多要占到太阳质量的75%,其余有碳、氖、少量氧等以及一些重元素。
在太阳的核心部分,由于重力的因素使得物质不断向内收缩,而太阳质量奇大,达2000亿亿亿吨,因此核心的温度虽然只有1500万摄氏度,但压强却相当于3000亿个大气压,密度150吨/立方米,且这里的物质处于等离子态,在这种环境下,就很容易使氢核产生聚变反应。
要注意这可不是我们生活中常见的氧化还原反应,化学反应的定义专门强调了原子不能发生改变。核聚变原子发生了改变,已经超出化学反应的范畴了。
在聚变反应中,产生的光子(γ射线)的辐射压力会阻止核心密度继续上升,因为密度上升会导致温度上升,温度和密度的上升会导致聚变反应的速率上升,产生更多的光子,辐射压力上升,阻止密度进一步增加,因此太阳在开始核聚变之后,会自动达到一个平衡状态,聚变反应以一个相对稳定的速度进行,再加上本身就十分充足的氢元素储备,所以才能稳定发光发热50亿年之久。
据计算,太阳的核聚变反应中,每秒有7亿吨氢原子转换为6.95亿吨氦原子,原理是4氢聚成1氦,亏损的质量根据E=mc²,会转换为500万吨能量释放,并经过辐射层向外散播,这股能量十分巨大,可以说,人类自有文明以来,从石器时代到现在,所有的能耗加起来都不如这一秒能量的九牛一毛,由此可见普通的化学反应还是比不过这种物理现象。
只是我们在地球上用的化学反应相对能掌握和控制环境变量,虽然核聚变的能量令人眼馋,但目前还没有这个技术,所以一直还停留在烧开水发电时代。不过氢来自于宇宙诞生的时候,太阳上的氢也会有消耗完的那一天。那是50亿年以后的事情了。氢消耗完,会开始氦聚变,俗称氦闪,氦再消耗完,太阳就寿终正寝,成为一颗白矮星。
但留给地球的时间可没有那么久,在太阳这颗恒星寿命结束之前,体积就能膨胀到地球轨道,进而把地球吞并为火海。事实上据估计再过10亿年,太阳亮度就会增加7%,届时地球海洋蒸发,就已经不适合人类生存。
也许到那时,人类已经不存在;也许到那时随着科技的不断进步,人类的身体已经被机械取代,配合无惧冷热辐射的身躯,AI超强的学习能力,宇宙中取之不尽用之不竭的氢,氦,甲烷,到很多岩石行星继续延续。未来是不确定的,就等着人类自己来开拓了。