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燃烧需要氧气,太阳燃烧这么久是有充足的氧气吗?

许多人一直闹不明白,太阳上没有氧气,为什么一直能够燃烧呢?我们一起来闹闹明白。

燃烧需要氧气,太阳燃烧这么久是有充足的氧气吗?

为什么太阳可以燃烧这么久?难道太阳那边有很充足的氧气吗?

太阳发光发热不是一般意义上的燃烧,而是核聚变。

太阳是一个等离子体,就是在高温下,部分原子的核外电子丧失,原子变成了离子,但丧失的电子并没有完全离开原子核,而是一直荡漾在原子核的周围,形成一团保持电中性的“电浆”,这就是等离子体。太阳这种等离子体状态不是靠氧气化学燃烧的高温形成的,而是源于核心区氢核聚变释放出的巨大能量,使太阳表面的气体完全电离,这样的太阳的火焰并不需要氧气参与燃烧,就成为我们看到的一个耀眼光球。

太阳这个球主要是由氢和氦组成,按质量氢占比为73.46%,氦占比为24.85%,还有约1.69的其他元素,包括氧0.77%、碳0.29%、铁0.16%、氖0.12%、氮0.09%、硅0.07%、镁0.05%、硫0.04%等。我们地球上大气氧元素占有21%,才会助燃出足够的火焰。从太阳成分结构来看,只有0.77%的氧,怎么可能靠氧气烧得起来呢?

等离子体是物质存在的第四态,恒星是可见宇宙的主体,因此我们可见宇宙主要是由等离子体组成,是这个世界最多的物质形态。

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太阳为什么会核聚变?

太阳是我们太阳系唯一的母恒星,其质量达到1.9891×10^30kg,占据了整个太阳系的99.86%,是我们地球质量的33万倍。

根据万有引力定律,质量越大的天体,引力越大,这种引力不光是天体表面外的相互吸引力,而且有不断向中心坍缩的趋势,这样就形成了向内的巨大引力压。比如地球,中心压力达到了360万个海平面大气压,而太阳这样巨大天体,核心引力压力达到了3000亿个大气压,是地心压力约8万多倍。在这种压力下核心温度达到1500万度。

核聚变的条件一是高温,二是高压。太阳核心温度并不算高,因此催动核聚变的主要原因是高压。太阳核心的氢原子在高温高压下,外层电子被剥离成为自由电子,原子核就被光秃秃的暴露出来,在巨大压力下靠在一起发生融合,也就是聚变成为一个氦原子核。在这个聚变过程中,会有0.7%的质量转化为能量,这就是太阳巨大能量的来源。

据测算,太阳每秒钟有6亿吨的氢转化为5.958亿吨的氦,其中有420万吨的质量全部转化为能量,根据爱因斯坦质能方程E=MC^2,我们可以得出这个能量达到3.78×10^26J。

这是一个什么概念呢?就是太阳每秒钟发出的能量相当约1.05万亿亿度电,要燃烧3亿亿多吨煤才能够得到。这些能量不断地从中心向外辐射,经过辐射区、对流层、光球层、色球层,最后以电磁辐射的方式散发到太空,我们地球也分得22亿分之一这点羹。不过地球这点羹每秒就达到了1.72×10^17J,相当480亿度电,是1500万座三峡大坝发电总量,或每秒3000多颗广岛原子弹爆炸的能量。

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那么,太阳能够以这种核聚变方式燃烧多少年呢?

很多人担心,太阳这么烧下去,即便是这么核聚变下去,每秒钟消耗掉6亿吨的氢,不会很快掏空了身子死掉吗?我们来计算一下。

太阳是一颗黄矮星,这种质量恒星典型寿命约100亿年,现在太阳年龄约50亿岁了,还有50亿年的寿命。那么这100亿年能够烧掉多少氢呢?又消耗掉多少质量呢?这是一个简单的小学算术体,我们吃瓜群众都能够算出来。1个小时3600秒,1天24小时,天文学中一个儒略年为365.25天,就是31557600秒。100亿年就是约3.16×10^17秒。

每秒钟消耗6亿吨的氢,100亿年消耗:(3.15576×10^17)x(6×10^8)≈1.89×10^26吨。

100亿年消耗了约189亿亿亿吨的氢。而太阳质量为1.9891×10^27吨,100亿年消耗掉的氢占太阳质量比的多少呢?即:(1.89×10^26)/(1.9891×10^27)≈0.095。也就是100亿年太阳由氢转化为氦的消耗总量约占太阳总质量的不到十分之一。如果要计算其真正转化为能源的质量,消耗量就更少了,只是这个消耗总量的0.7%,为太阳质量的0.00067%。

燃烧需要氧气,太阳燃烧这么久是有充足的氧气吗?

所以,一些朋友老担心太阳会烧完了完全是多余的。

实际上太阳演化晚期,并不是整个太阳的氢转化完了,而只是核心的氢完成了转化,太阳会膨胀成一个巨大的红巨星,这个红巨星外围质量会渐渐消散到宇宙中,中心那被转化为氦的部分,在停止核聚变后的引力高压下会发生氦聚变,最终成为一个致密的碳球,这就是太阳的归宿~白矮星。

白矮星只有地球体积差不多大小,但质量却有太阳的0.5倍左右,上面的物质密度达到1000~10000kg/cm^3。

这是另一个话题,就此打住。谢谢阅读,欢迎讨论。

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