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太阳每秒损失420万吨的质量,为什么太阳还没烧没?

地球上所有的能量都来自于太阳的辐射,太阳实际上是燃烧着自己的“质量”照亮着周围的星空,地球接收到的太阳辐射只占太阳辐射总能量的一点点,大概只有22亿分之一,而被人类所使用的太阳辐射只占了万分之一。因此,人类所使用的能量只占太阳总辐射能力的22万亿分之一。

我们打个比方,如果我们把太阳每秒的辐射总量看成是66万亿的钱,地球接收到的只有3万,而被人类捡到的只有3块。可以说,太阳的总辐射量是非常惊人的,可问题来了,太阳要保持这样的辐射强度,每秒就需要消耗420万吨的质量,这都燃烧了40多亿年,为什么没有削弱太阳的引力呢?

太阳的核聚变反应

要了解这个问题,我们首先要搞清楚:太阳是如何燃烧的呢?

如果要用一句话概括太阳为什么会燃烧,那大概就是:物极必反。首先,我们要知道,太阳的质量非常大,大概是地球质量的33万倍,占据整个太阳系总质量的99.86%。只是因为质量特别大,所以太阳的引力非常大。

于是,就会挤压自身,如果没有任何力来抵抗引力,那么太阳会在自身引力作用下被压成一个小球。可事实上,我们也知道,并没有发生这样的事情。支撑起太阳没有被压成一个小球的主要原因是核聚变反应提供了对外的压力,和引力形成了动态平衡。那核聚变反应是如何产生的呢?

这其实就是因为太阳在挤压自身时,内核的温度急剧上升。科学家通过光谱可以推断出,太阳表面的温度达到了6000度左右,而内核的温度可以达到1500万度。

虽然1500万度的温度已经很高了,但是这距离诱发核聚变反应还有很长的路要走。一般来说,我们引爆一颗氢弹,是先引爆一颗原子弹,通过原子弹制造的温度(上亿度),来引发核聚变反应。

太阳内核的温度距离引爆氢弹的温度还差很多,所以太阳的核聚变反应本质上和氢弹还是有区别的。由于温度不够高,也就是反应所需要的能量不够,因此想要发生反应实际上需要利用到的是量子隧穿效应。量子隧穿效应说的就是在微观世界中,即便是能量不足的情况下,反应也有一定的概率可以发生,只不过发生的概率极其低,一般来说在地球上是几乎不可能发生的。

但是太阳个头非常大,粒子数非常多。因此,即便是再低的概率,在如此巨大的数字目前,也是可以发生的。所以,太阳核聚变反应依靠的是它自身庞大的体量。也正是因为是依靠量子隧穿效应,因此太阳的燃烧很缓慢,并不会像氢弹那样一下子炸得渣都不剩。

太阳的引力

在整个反应过程中,反应前的质量实际上是大于反应后的质量,也就是说,这个过程有质量损失。而这部分损失的质量是以“辐射”的形式释放出来,我们可以通过爱因斯坦的质能方程E=mc^2来计算这部分质量对应的能量。由于c是3*10^9m/s,因此,这部分损失的质量所对应的能量是非常大的,这也是为什么太阳的辐射总能量如此巨大的原因。

在漫长的岁月里,太阳几乎都是保持这样的辐射强度。之所以太阳能够一直这样,主要还是因为太阳的体量足够大。虽然每秒钟要损失420万吨的质量,但是太阳自身的总质量达到了1.9891*10^27吨,比420万吨整整高出了20个数量级。所以即便是已经燃烧了40多亿年,但损失的总质量是太阳总质量的0.03%。因此,还没有对太阳引力造成明显的影响。

但是量变总是会引起质变的,再过20亿年后,这个影响就会开始显著起来,引力有较为明显的减小,这个时候引力对于核聚变反应的控制就会减弱,核聚变反应就会变得更剧烈一些,太阳的辐射强度也会增强。

此时,地球将会因为太阳辐射的增加,再也没有办法保住液态水,地球也就不再适宜人类居住。因此,太阳引力实际上是变弱了,只是由于太阳体量太大,过去40多亿年损失的质量并没有显著影响到太阳的引力,但是在未来,当损失的质量足够大,还是最终会削弱太阳的引力,并使得太阳的辐射强度增大。

太阳每秒损失420万吨的质量,为什么太阳还没烧没?

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