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干什么太阳能够点火百亿年,恒星的降生演化及

2019-09-12 18:19 来源:未知

问题:为什么不是所有的氢同时参与核聚变?没有参与核聚变的氢是储存在哪里?

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太阳最终的宿命是变成一颗白矮星,然后熄灭。所有的黄矮星都是这种归宿。

太阳的核聚变只是发生在太阳中心地带的核反映区,每秒钟都有6亿吨的氢元素聚变为5.96亿吨的氦,同时有400吨的氢转化为能量以电磁辐射的方式释放出来。

太阳的这种反应已经持续50亿年了,还有50亿年的寿命。并不是太阳的所有氢都燃烧完了,而只是中心核反映区的氢燃烧殆尽,辐射压与引力平衡被打破,就导致了太阳的稳定期终结,太阳开始进入极不稳定的回光返照期。

这时的太阳中心收缩,外围膨胀。成为一个半径扩大200~300倍的红巨星,经过10万年左右的不稳定期,外围没有烧完的氢和氦会渐渐消散到太空,形成新的分子云。其实这部分重归宇宙的氢和氦占太阳质量的绝大多数。

太阳内核会收缩为一个密度极大的白矮星,体积只有地球大小,上面的质量一个立方厘米达到10吨。

这就是太阳的归宿。

司空通讯观点,欢迎点评讨论。

随着温度和压力的变大,氢核外电子摆脱原子核的束缚,两个氢原子核能够互相吸引而碰撞到一起,发生原子核互相聚合作用,生成新的质量更重的原子核,中子虽然质量比较大,但是由于中子不带电,因此也能够在这个碰撞过程中逃离原子核的束缚而释放出来,大量电子和中子的释放所表现出来的就是巨大的能量释放。这就是核聚变,氢弹就是这种原理,经过这些聚变反应,产物会通过相互作用与气体、尘埃等形成更加清晰的球体,一颗恒星就这样诞生了。

太阳中心的热核聚变反应已经进行了约50亿年之久,还有50亿年的反应周期,这就是太阳能够燃烧100亿年的出处,也是太阳的寿命。

太阳是一颗黄矮星,黄矮星就是具有0.8到1.2倍太阳质量之间的恒星,在银河系约占3%(也有说占10%左右)。恒星的寿命是以恒星质量大小来决定的,质量越大的恒星寿命越短,质量越小的恒星寿命越长,同等质量的恒星,寿命都差不多。

所有和太阳质量一样的黄矮星寿命都在100亿年左右,所以太阳寿命也在100亿年左右。
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随着核聚变对氦的消耗,恒星最终也是要进入了衰退期。由于氦聚变对温度极其敏感,造成很大的不稳定。巨大的波动会使得恒星外壳获得足够的动能脱离恒星形成新的星云,而留下的核心会逐渐冷却,成为小而致密的白矮星。在重力和电子互斥力平衡时,白矮星是相对稳定的。在没有能量来源的情况下,恒星在漫长的岁月中释放出剩余的能量,逐渐暗淡下去。最终,释放完能量的白矮星会成为黑矮星。以上是对太阳质量大小的恒星在这一时期的演变过程,但是对于那些质量大于5倍太阳的恒星,聚变会持续进行下去,氦核聚结束后产生碳,再以碳为原料进一步聚变,一直到硅聚变到铁。在这之前,恒星通过这些核聚变获得能量,但是铁聚变则需要吸收能量。一旦无法通过聚变产生能量与引力平衡,就无法保持恒星的形状,此时在强大引力的作用下,恒星核心立刻坍缩,引起超新星爆发。如果塌缩的内核质量超过1.44倍太阳的质量,小于3.2倍太阳的质量,那么此时电子被压入原子核,和质子结合成为中子。这些中子则形成中子星。如果塌缩的内核质量超过3.2倍太阳的质量,那么连中子也会被压碎,直到恒星的半径坍缩到小于史瓦西半径,光也无法射出,这时则形成一个黑洞!

科学家是如何知道恒星的寿命的呢?其中一个重要方法是通过球状星团法得到的。

科学家们假设这个星团的所有恒星都是同时诞生的,开始恒星都很年轻,但过了若干年就不一样了,有的就很老了,有的就很年轻。

就像我们观察人类社会看到了老中青少各种阶段的人,就知道大概人的寿命有多少,哪个阶段的人是什么样子。图片 3恒星也是这样,不同的恒星都有主序星阶段,就是正常稳定燃烧的阶段,但不同质量的主序星拐点的时间就完全不同,就是寿命不一样。通过这种方法就知道了各种质量恒星的主序星拐点,黄矮星一般寿命就是100亿年。

天文学家们持续不断的观测了宇宙数百年,对这些恒星的寿命就越来越能够精确的掌握了。赫罗图就是研究恒星关系的重要工具。
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这时氢核聚变成氦,恒星开始自行发光。核心的核聚变会产生足够的能量停止引力坍缩,达到一个静态平衡。恒星从此进入一个相对稳定的阶段。如果恒星附近仍有残留巨分子云碎片,那么这些碎片可能会在一个更小的尺度上继续坍缩,成为行星、小行星和彗星等行星际天体。我们太阳系的行星包括我们的地球就是这么来的。

回答:

总结一下,宇宙大爆炸产生的气体和尘埃先组成了星云,星云在引力的作用下收缩,使得氢原子发生核聚变形成稳定的恒星,随着氢原子的核聚变消耗殆尽,开始氦核聚变,氦核聚变产生的能量造成恒星大幅膨胀形成红巨星超巨星,随着氦核聚变的结束,红巨星外层形成新的星云内部形成白矮星,超巨星则发生超新星爆炸形成中子星或黑洞。 有没有想到恒星的诞生及演变过程会如此精彩和复杂,这个过程甚至神奇的把微观原子电子中子和宏观的宇宙天体演变紧密的联系在一起,宇宙就是如此神奇。我们的太阳现在46亿年的年龄,处于稳定的主序星阶段,50亿年后,将会演变成红巨星,60亿年后,分解为形状星云和白矮星,最终,白矮星在无尽的宇宙和慢慢的岁月中冷却为黑矮星。希望那时的人类还存在并且找到了属于自己的新家园!从宇宙的尺度来看,行星形成于恒星附近残留的巨分子云碎片,也就是说我们的地球的形成是多么的偶然,地球生命的诞生更是奇迹,今天我们每个人的存更是何等的幸运!我们还有什么理由去抱怨而不去珍惜当下呢?

那么人类是怎么知道太阳现在的寿命呢?一个重要的方法就是放射性同位素法。

世界上的铀元素(化学符号为U)有两种同位素,U238和U235,它们的半衰期(放射性原子由于衰变使数目减少到一半所经过的时间)分别为7亿年和45亿年。我们通过测量地球和捕获的天体陨石碎片里这些元素的含量及比例,就可以得到太阳系天体的形成时间。

通过检测,地球上的铀矿主要成分为U238,占比99.2739%,U235只占0.7205%,根据二者的半衰期和现在的相对含量,推算出了地球的年龄约46亿年,再根据恒星形成过程,恒星比行星形成的更早,因此这个时间是太阳的年龄下限。

我们知道了像太阳这样的黄矮星寿命,又大体知道了太阳的年龄,所以就知道太阳还有约50亿年的寿命。
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回答:

太阳的主要组成元素为氢,占比将近75%。氢元素发生核聚变反应是太阳的能量来源,每秒可以释放出多达3.8×10^26焦耳。如果以人类目前全年的用电量来计算,太阳一秒释放的能量足够人类使用上百万年。之所以太阳的核聚变反应可以持续50亿年,并且未来还会再继续50亿年,这与恒星有一套机制来控制核聚变反应有关。

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太阳中的所有氢原子核不会同时参与核聚变反应,而是只有一小部分,因为发生核聚变反应需要苛刻的条件。由于氢原子核会互相排斥,并且本身体积很小,它们只有获得巨大的动能才有可能互相碰撞而发生核聚变反应。只有在太阳中心向外延伸20%至25%太阳半径的核心部分,在太阳自身巨大重力的挤压下,那里的氢原子核才会发生核聚变反应。

不过,即便是在太阳核心,也不是所有的氢会同时参与核聚变反应。氢原子核需要发生概率很小的量子隧穿效应才有可能结合成双质子,而且这种粒子很大概率会重新衰变成氢原子核。只有双质子发生概率很小的β+衰变产生氘,才能进一步引发核聚变反应。

根据第一步发生的概率来计算,即便是在极端高温高压的太阳核心,平均每个氢原子核需要耗费大约10亿年的时间才能合成氘。正因为如此,这使得太阳核心的所有氢原子核需要大约100亿年的时间才能完成核聚变反应。

回答:

对于地球上的各种生命和人类来讲,所使用的各种能量大多直接或者间接来源于太阳。那么太阳保持活动和发光发热的能量都来自其内部的核聚变,太阳这样的恒星之所以可以保持几十亿年以上的核聚变,是和它们的质量密不可分的。

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太阳自身的质量决定了太阳的温度,光度。太阳的质量相当于33万个地球。对于太阳核心部位发生的核聚变,聚变的氢核生成氦核的过程中有了质量损失,通过爱因斯坦质能方程可以计算其损失质量转化的能量大小。

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巨大的质量产生向内挤压的重力,使得内部必须具有相应的温度和密度来发生核聚变来平衡重力。而内部的温度控制这核聚变的速率和能量输出,恒星的稳定就在于其向内的重力与内部核聚变向外张力之间的平衡。所以太阳巨大质量,可以保证稳定的输出能量,而不是像氢弹一样一下子释放。

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当太阳内部的氢燃烧殆尽,这种平衡就会被打破,恒星将会膨胀或者坍缩。以太阳内部的含有氢的质量和现有的聚变速率来计算,太阳正当壮年,还可以继续燃烧个50来亿年,随后就有可能进入极度膨胀的红巨星状态,地球也可能被吞噬。

回答:

理论上讲,你用直径500km的实心铅球裹住一个沙皇炸弹,当炸弹爆炸之后,中心产生的能量会将周围的铅气化并狠狠地推向四周,但是铅球实在太厚了,只能够在中心溶解掉一部分,能量慢慢向外散发,越到后面,温度越低,最后,只有少部分熔融的铅冲出来,形成喷射效应,然后就没有然后了。

你就发飙了吧,那是铅啊,不是氢。好吧,你把20枚沙皇炸弹下沉到马里亚纳海沟,它们的四周可是充满了海水的,海水的组成89%是水,是氢的氧化物,密度比太阳的平均密度高。H够丰富了吧?美国在海底试验了200多次热核爆炸,到现在我们的太平洋还是冰冰凉,没有连锁反应啊?

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太阳的结构大致是这样子的,在形成的初期,氢分子慢慢汇聚,中心压力和温度提升到1500万度左右,越往外,温度越低,那时候,分子不能够存在了,外层电子被剥离,形成了一个个单氢离子,压力是几百万个标准大气压,离子之间的距离被大大压缩,比如本来两个离子的距离是北京到上海那么长,慢慢被压缩到北京到通州的距离,互相碰撞的几率增加,中心开始发生了热核爆炸,爆炸产生的光和热迅速传递给外围离子,体积瞬间增大,温度又降低了,等到重新汇聚,反应才得以继续,就这样子,太阳内部不间断地发生核爆,能量慢慢传递到外面,产生的光子在正常密度状态下,可以毫不费劲地穿透等离子物质,扛不住太阳内层等离子是紧紧靠在一起的,光子+热量在里面要花费几万年才能够冲出浓稠的等离子汤,抵达表面的时候,顶多就冒个泡而已,那就是日冕物质喷射,巨大的日冕抛射就是耀斑。

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被剥离的电子被强大的引力束缚着,在太阳的表层乱窜,很难冲出太阳表面,电子流动产生的磁场又将电子柳扭曲成封闭的环,内部热核反应释放的电子,不断补充到电子留,总有一些环耐不住寂寞,挣脱磁场,突然挣破,抛射到星际空间,形成太阳风暴,数以亿吨的带电粒子已接近光的速度向外飞出,扫过水星、金星、地球,要不是咱们的地球有个巨大的磁场屏蔽,这些带电微粒直接就穿透我们的身体,把我们身体内的化学键冲得七零八落,化为灰烬。图片 13

(这就是电子闭环爆发,规模是几千公里级别)

太阳核心就这样慢慢消耗着氢离子,表面形成波动,也就是说,太阳的表面是起伏不定的,由于体积巨大,距离太远,人类无法观察到而已。

有些区域,暂时没有能量溢出,显得稍微黯淡,这就是太阳黑子,大小相当于月球面积,在太阳表面游离。经过观测,每隔11年,太阳黑子会形成一个峰值。也就是说,11年太阳才喘口气啊!图片 14

(人们通过观察太阳黑子,得知太阳是转动的)

太阳的活动是一个动态平衡状态,已经持续了50亿年,总体质量损失也只不过10%,还可以逍遥自在45亿年左右,等到几乎所有的氢核(只有一个质子)被合成了氦核(两个质子)后,太阳会有短暂压缩,氦核开始聚合成更重的原子核,释放出更大的能量,不过这样的核聚变极不稳定,是间断性的,俗称氦闪,外层的离子浓汤也被推到更远的地方,体积开始膨胀,表面温度降低,形成红巨星,这个时候,如果有人类还在地球上的话,每天你看到的日出是天空被太阳全部占据……,光辐射将地球上的所有水分气化,山川崩塌,这不是地球,是地狱。

经过几亿年的挣扎,氦核也用光了,太阳的末日就来临了,在最后几十万年内,氦核就逐步合成了碳、氧、钠、直到合成铁,铁核的出现,也只是几秒钟,整个太阳核心的核聚变戛然而止,内心扛不住了,迅速压缩,外围形成了又一次核聚变,这一次的聚变是灾难性的,释放的能量瞬间可以达到太阳前99亿年释放能量的总和,外围物质根本扛不住啊,只能够爆炸。爆炸的冲击波将内核进一步压缩,形成更为致密的物质,原子核之间不是北京到通州的距离,而是摩肩接踵,密度极大。爆炸的冲击波贯穿整个太阳,短时间内,合成了包括:铜、金、银、镭、铀这样的重金属。向宇宙空间发散。我们佩戴的金戒指,就是上一代恒星在这几秒内产生的。

太阳内核残余质量不算大,也就勉强形成白矮星,幽灵般在宇宙空间游荡,有些恒星内核大得多,就会形成更为致密的中子星,直径大概只有20km,当然,有小妖,就会有魔王,有的恒星内核超过太阳内核的20倍以上,中子星物质也扛不住了,直接无限制压缩下去,形成黑洞,开始疯狂吞噬能够够得到的一切物质,包括光线……图片 15

至此,太阳完成了蜕变,恒星的璀璨一生结束。

回答:

太阳的质量大约是2×10∧30千克,相当于33.3万个地球,它的质量占整个太阳系的99.86%。

图片 16图:太阳与其他行星的比较

太阳的燃烧是通过核聚变反应释放的能量,它每分钟将6.2亿吨的氢聚变成氦,这个过程大约损失0.7%的质量,约434万吨质量。并释放出约9.2亿亿吨TNT炸药爆炸产生的能量,相当于18.4亿个目前最大的氢弹同时爆炸。即使是这样,在过去45.7亿年里,也只损失了100个地球的质量。

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