为什么太阳在没有氧气的太空中继续燃烧50亿年?

在太阳出现以后,地球以及太阳系的其他几大行星才逐渐形成。

在数十亿年的时间里面,也正是因为太阳对外散发的能量,才最终让地球充满生机,得以有机会成为宇宙中的一个例外。

可对于很多人而言,太空中没有氧气,太阳为什么还能够一直燃烧呢?不仅如此,根据放射性年代测定法推算,太阳似乎还能够继续燃烧50亿年的时光。

太阳的由来

大约在45.7亿年前,太阳从一个坍缩的氢分子云内部缓慢形成。很多人在听到这个数值的时候都会十分疑惑,像太阳这样的天体,在人类没有办法取样测量的时候,究竟是如何推算出相应年龄的?

其实答案很简答,太阳目前在主序带(意思也就是恒星演化过程的散布图)上的年龄都是通过电脑模型模拟恒星演化推算而来。而这恰好和放射性年代测定法得出的45.6亿年前相吻合。也正因如此,科学家才得以做出最后的判断。

在那个时候,当许多坍缩的质量集中在原始太阳的中心以后,其余部分就逐渐平摊形成了一个原始星盘。在科学界之中,这种学说也被称之为星云假说。

而后随着时间的推移,原始太阳出现在太阳系中,行星们则在不同的作用力下聚集结合形成在一起。当然,无论是太阳还是行星,在刚刚形成的时候,都和现在有不小的区别。一直在经过了数十亿年的发展以后,这才达到了我们人类对现代太阳系的基本认识。

可既然如此,科学家们又是如何推测出太阳系还能够继续燃烧50亿年的时光呢?在没有一丝氧气的太空环境中,唯一的解释就是,太阳并非是在燃烧,而是在发生着完全不同的聚变反应。

太阳聚变反应

值得一提的是,由于科技发展的限制,有关于太阳燃烧的认知,在人类社会中存在了很久。一直到天文学发展到一定决断以后,这种相关的理念才终于被打破。

不仅如此,在上个世纪早期,随着天文学的不断发展,科学家们还判断出体验在未来变化中可能遭遇的场景。或许在五十亿年以后,等到太阳内部反应消耗殆尽,或许最终就会变成一个直径比现在大出许多倍的巨大红矮星。

红矮星

到了那个时候,围绕太阳运动的恒星,最终也会在途经太阳的其他恒星作用下被卷走。而太阳也将不再会对外散发任何的能量,十分沉寂地存在于宇宙空间之中。

太阳的燃烧本质

在对太阳没有进行相关研究的时候,人们一直认为太阳处于不断地燃烧状态之中。尽管这种燃烧和我们地球上燃烧的性质或许会有所不同,但本质都是一样的,那就是不断地对外发光发热。

可事实上,太阳并非是在燃烧,而是在太阳内部持续不断地进行相关的热核聚变反应等等。也正是因为这种反应过程完全不需要氧气的加入,所以太阳才能在真空环境中表现出和燃烧一样的特质。

不仅如此,地球上绝大多数燃烧的本质,其实是物体内部的游离基发生变化,并在不同助燃剂的帮助下发生相应反应。可热核反应却并非如此,科学家们通过电脑模拟分析发现:

发生在太阳内部的热核反应,其实就是四个氢核不断聚变成一个氦核的反应。与地球的燃烧反应相比,其反应强度和速度都要远远强于我们印象之中的燃烧。

太阳聚变反应

更重要的是,在太阳如此巨大的体积与漫长的时间作用下,氢核与氦核的数量已经堆积到一个十分可怕的地步。也正因如此,太阳才会源源不断地对外提供热量。

根据科学家们推算,就地球与太阳之间的距离来看,其实无论是我们感受到的能量还是太阳光线的照耀,都是在八分钟左右以前从太阳表面传递释放而来。在经过了漫长的太空旅程以后,最终到达地球。在这个过程中,如果不是因为太阳与地球之间的距离刚好合适,其实地球也不太可能出现生命。

事实上,人类以及其他所有生命能够在地球上出现并生存,全都离不开太阳的支持。假设在未来的某一天,太阳突然停止对外散发热量,或许人类还能够在现代科技的帮助下支撑一段时间,但其他所有自然生物都必然会逐渐走向灭亡。

验证猜想

当然,对于太阳燃烧的真正本质,其实科学家们还提出过另外一种验证方式,那就是以我们地球的经验去扑灭太阳这颗星球上的熊熊烈焰。

在地球上发生火灾的时候,水在一般情况下都会是不错的阻燃剂(注:有关于油锅火灾、电器火灾以及汽油火灾等等,千万不能试图也用水扑灭)。只要在物质燃烧的时候,用大量的水资源进行浇灭即可。

那么我们假设用足量的水来扑灭太阳,最终又会发生什么样的事情呢?在现实生活中,这样的事情自然是不可能发生的。别说是集中全地球的水资源,哪怕是集合整个太阳系的水资源,都不可能对太阳完成扑灭。

通过电脑模拟,当科学家们将足量的水浇向太阳以后,最终发现太阳的火势竟然变得越来越强烈。而之所以会出现这样的情况,主要原因就在于水在靠近太阳内部的热河反应时,其中的氢原子就会从原本的阻燃剂变成助燃剂。

由此可见,太阳和人们印象中的燃烧,根本就不是一回事。所以在探讨有关太阳的相关研究时,我们就必须要从更加科学的角度进行思考。不过接下来还有一个问题,那就是太阳为什么还能够继续燃烧五十亿年呢?

释放质量比

其实计算这个问题答案的方法也同样很简单,只要能够计算出太阳每秒钟对外释放出的能量以及太阳现如今拥有的总质量即可。换句话来说就是,在探究太阳燃烧时间这个问题上,科学家们只需要计算出太阳释放的质量比即可。

举一个简单的例子,像我们小时候学习过的游泳池放水问题,其实就是在一定水量的情况下,通过流水的速度来计算水流最终消失不见的时间。

而根据现代科学家们对太阳对外释放的能量计算,太阳每一秒对外释放的能量大概在400万吨左右的氢。与太阳目前的质量相除之后,自然就能够得到最终的答案。

太阳利用氢分子进行核聚变

当然,这种计算方法虽然说起来十分简单,但实际计算过程却远远超出了人们的想象。尤其是在原子核物理学领域,对太阳相关计算量的要求,其严谨程度更是远超人们的想象。

除此以外,对于天体物理学的研究,科学家们还需要用到爱因斯坦在上个世纪提出的质能方程进行计算。唯有如此,最终得出的答案才是真实有效的。

地球与人类的未来

从太阳未来还有五十亿年的生命来看,生活在地球上的人类似乎也同样可以高枕无忧了,毕竟在长达五十亿年的时间跨度上,如果人类始终存在于地球之上,那么人类科技也必将发展到一个令人难以想象的高度。

可事实上,根据国外相关实验室提出的报道指出,大约在十亿年左右以后,太阳会不断地膨胀,对外释放的热量也会增加10%左右。在这样的情况下,地球就会逐渐退出太阳系的可居住范围。

到了那个时候,火星反而会成为太阳系中最适合人类生活的星球。如果人们依旧没有完成星际移民的目标,人类的宿命就只就在地球上静静地等待文明消失不见。

而即便是移民到火星之上,也并不意味着人类的安全已经得到了保障。随着时间的推移,当太阳体积膨胀得越来越大,且对外释放的热量越来越多时,人类就需要不断地转移生存家园。

可能有人会想,到了那个时候,人们只需要一点一点地往太阳系后面几个行星转移不久好了。然而事情并没有这么简单,在太阳不断增强燃烧效率的时候,也意味着太阳的生命即将走向终点。等到太阳彻底失去了能量,整个太阳系都不会有适合人类生存的星球。

不过值得庆幸的是,这一切都离我们还太过遥远。就目前的太空发展来看,在长达十亿年的跨度中,人类完全可以做到移民火星。不仅如此,或许那个时候的人类,已经拥有了更加让人匪夷所思的科技实力,我们也不必太过担心。

火星基地构想图

未来的发展

事实上,在宇宙之中,类似于太阳一样的恒星不知道还有多少。仅仅以银河系而言,就有大约4000亿颗左右的恒星数量。在人类忽略不计的每一个时刻,也都有恒星在经历着不同阶段的变化,太阳不过是其中之一。

其实提到恒星的本质,相信不少人都听说过恒星最终会演变为黑洞的说法。只不过这种说法其实是必须要有一个前提条件才行,那就是恒星是否能够达到奥本海默的极限。

科学家们经过研究发现,当某一恒星的质量满足且大于太阳的1.5-3倍质量之时,恒星在走到生命尽头以后,就会逐渐坍缩形成一个新生的黑洞。

对于太阳未来的发展,以人类目前的科技高度来看,根本没有任何方式能够扭转。可或许在未来的某一天,当我们从前人划分的恒星界限中,进一步研究出有关太阳本质的问题时,人造太阳也并非没有可能。

有关于未来的发展,其实人类始终停留在猜想阶段。可能有人会想,这种猜想又有什么意义呢?还不如走一步看一步的发展模式,尽力做好自己该做的事情。

不同的思想会带来不同的看法,这一点无可厚非。可有关于人类社会的发展,如果没有人愿意未雨绸缪,人类社会又怎么可能进步。科学的发展的本质本身就是提出猜想、验证猜想并实现猜想,最终一步一步地接近真理。如果所有人都拘泥于现实,这个世界未免也会太过单调。

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