为啥太阳能在太空中燃烧50亿年？科学家：眼前所见，并非是真的[18P]

综述

太阳，我们再熟悉不过的事物。随便问一个人，太阳为什么能发光发热，可能很多人会告诉你因为它是一个燃烧的大火球。但是你有没有想过，太空中又没有氧气，为什么太阳还能一直燃烧呢？又或者说，太阳真的是在燃烧吗？



什么是燃烧在我们日常生活中，随处可见各种各样的火焰，从煤气灶上的火苗、蜡烛中的火花，到森林中的火灾，甚至是天空中的流星。这些火焰的诞生都归功于一种神奇的化学反应，那就是燃烧。燃烧，是一种放热反应，而且通常还伴随着火焰、发光和（或）发烟的现象。初中的时候应该就学过，燃烧的基本要素有两个，一个是可燃物，另一个是氧化剂。



可燃物是指能够参与燃烧的物质，比如木头、煤、油和气体等。而氧化剂则是让可燃物燃烧的元凶，最常见的氧化剂就是我们呼吸时依赖的空气中的氧气。那复习到这里，是不是就真的要开始疑惑了，太阳是在烧什么？它的氧化剂又是什么呢？



太阳真的在燃烧吗？太阳的光芒和热度给我们一种错觉，让我们误以为太阳在燃烧，但事实并非如此。太阳不是在进行燃烧，而是在经历着一种叫做核聚变的过程。核聚变是指轻原子核融合成重原子核的过程，同时释放出巨大的能量。它和燃烧是截然不同的两种反应，它们的原理和条件也完全不同。



太阳的核心有着极高的温度和压力，在这里，原子变成了离子，失去了核外电子，形成了一种电中性的“电浆”，也就是我们常说的等离子。这种电浆主要由氢原子核（也就是质子）和少量的氦原子核组成。在这个环境下，氢原子核在运动时难免会撞在一起，有时就会合体，变成氘原子核，同时释放出一个中子和一个正电子。



接着，氘原子核再次碰撞，形成氦-3的核，这一过程还会产生高能的伽马射线。两个氦-3原子核再次碰撞，形成一个氦-4原子核和两个氢原子核，也继续向外爆发能量。这个过程不断重复，导致太阳核心的氢原子核逐渐转化为氦原子核，这既是太阳源源不断地产生能量的方式，也是我们觉得它是个火球，一直在发光发热的原因。



核聚变和燃烧之间存在许多显著的不同之处，最根本的区别就是，核聚变并不是化学方面的变化。核聚变发生在原子核层面，而燃烧则是在原子外层电子之间进行的变化。核聚变要在高温高压的情况下才能发生，而燃烧只的条件几乎是我们随手就可以创造出来的。



太阳核心温度高达1500万度，压力则相当于3000亿个大气压，这样的条件才能使得氢原子核克服其间的排斥力而结合。相比之下，燃烧只需要可燃物和氧化剂达到特定的燃点温度，就能发生反应。再者，核聚变的能量效率远远高于燃烧。核聚变的能量符合质能方程E=mc^2所描述的现象，当轻元素的原子核在极高温高压下合并成为重元素的原子核时，会释放出巨大的能量。这就是各种恒星的主要能量来源。



而燃烧则是一种化学反应，它的能量来源于原子间的化学键的断裂和重新组合，即原子外层电子的变化。当可燃物与氧气发生反应生成水和二氧化碳时，会释放一定量的热量。这就是我们日常生活中常见的燃烧现象。



就能量效率而言，核聚变远远高于燃烧。因为原子核的质量远比原子的电子多得多，而根据质能方程，能量与质量成正比。简而言之，核聚变释放的能量要远远超过一般化学反应所能产生的能量。



太阳还能烧多久？科学家估计，太阳已经经历了大约46亿年的燃烧，也就是说，它的寿命已经过去了一半。在这漫长的岁月中，太阳的亮度相较于初始状态已经增加了30%。这表明太阳的燃烧并非一成不变，而是随着时间推移而发生着变化。



目前，太阳的核心区域大约有10%的氢，剩下的90%是氦。当这些氢燃烧殆尽时，太阳就会进入下一个演化阶段。根据现在的资料进行预测，太阳还能稳定地燃烧大约50亿年。届时，太阳上将会开始一个新的反应，氦会逐渐转化成碳元素和氧元素。



这个过程将释放更多能量，并且太阳的半径将增加到200~300倍，但是又会慢慢冷却，颜色也将逐渐变为红色。这时太阳迅速膨胀的体积将覆盖地球的轨道，极有可能会吞噬地球，即使没有吞噬，也会使地球烤焦，导致水和大气蒸发，生命将无法维持。随着太阳变得越来越亮，地球的温度将不断上升，在10亿年内，地球的海水将蒸发殆尽，成为一颗干燥炎热的星球。



红巨星阶段也不会持续太久，大约几亿年后，太阳的核心区域的氦也将耗尽，没有燃料支撑，太阳就会萎缩，同时将外层物质抛射到太空，形成美丽的行星状星云。太阳的核心区域将留下一个白矮星，体积仅有地球大小，但质量却占太阳的一半，密度极高，温度极高，但没有光芒，只能依靠余热缓慢冷却。



能给太阳续命吗？可能有人会想，如果太阳烧完了地球也要完蛋，那我们想办法给太阳续上不就行了。这个想法确实很好，但是目前来看很不现实。太阳目前主要依赖氢作为燃料，但氢不是单一的元素，它有多种同位素，如氢、氘、氚等，它们的核聚变反应条件和效率各异。为了让太阳燃烧更为高效，必须精确选择合适的氢同位素。



想要给太阳加油，第一个问题就是确定添加多少燃料。太阳的质量极为庞大，若添加过量燃料，可能增加太阳的质量，导致引力增强，加速燃烧速度，反而缩短太阳寿命。因此，必须找到一种平衡点，确保太阳能够保持稳定的燃烧状态。



而前面的还可以说是个简单的数学问题，真正难以解决的是燃料添加的方式。太阳的表面温度高达6000摄氏度，核心温度更是高达1500万摄氏度，压力达到3000亿个大气压要将燃料送达太阳核心是极其困难的，需要应对太阳高温高压和强辐射，确保安全地运输燃料到核心区域。以人类目前的科技和地球上能找到的材料来说，这件事根本做不到。



结语

尽管太阳在太空中没有氧气，但它在漫长的岁月中，始终依赖着不同的燃料维持着恒定的燃烧过程。这对我们的生活和地球的存在都有着深远的影响。通过对太阳的深入研究，我们也能更好地理解我们所在的宇宙，也能够更加珍惜我们所处的世界。

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