太陽為什麼可以一直燃燒?這是當年達爾文也想不通的問題

當我們說太陽燃燒的時候,我們並不是指它就和燃燒的火一樣。

火是由於氧氣參與的化學反應而燃燒。這種反應會釋放大量儲存的化學能,使得燃料和周圍的氣體都非常熱。我們從火焰中看到的光實際上是火焰區域內物質非常熱的附帶結果。任何使物質變得非常熱的過程都會通過相同的機制產生光。例如,白熾燈泡的工作原理就是利用電能加熱細電線,直到其足夠熱而發光。

太陽燃燒是當年達爾文也想不通的問題。當他向人們提出進化論,說進化需要上億年的時候,所有人都冷嘲熱諷了達爾文。因為在那會世人眼裡,地球的壽命只有不到一萬年,更何況太陽燒煤哪能燒這麼久。達爾文也選擇了沉默,產生了對自己理論的質疑。

但不同的是,太陽是因為核反應而燃燒,並不是化學反應!

太陽為什麼可以一直燃燒?這是當年達爾文也想不通的問題

具體而言,太陽中的物質正在經歷核聚變,兩個核相互碰撞並結合在一起。這種核反應會釋放大量儲存的核能(略類似於火災中化學反應釋放儲存的化學能),這使得太陽內部的物質非常熱。因此,太陽產生光的原因與火和燈泡相同:熱物質發光。這就是所謂的黑體輻射。

為太陽提供“燃料”的主要核反應是兩個氫原子碰撞形成氦原子核。此反應不需要其他元素參與。所需要做的就是向氫原子核施加非常大的的能量,以便它們可以克服帶正電的原子核之間的排斥力(如電荷排斥),並且要足夠接近。對於太陽,這種能量就來自太陽自身重力產生的巨大壓力。

這種平衡太陽重力與內部核聚變產生的爆炸力量的過程伴隨著太陽一生,且需要恆定的氫氣參與融合。只要有足夠的氫氣可以核聚變,所有這一切就能正常進行。一個恆星核聚變氫氣的狀態被稱為主序列星。太陽已經維持了大約46億年的主序列星,預計還能再維持40億年。但不可避免的是,氫氣終將耗盡,氫氣的融合再也不能抵抗重力。當發生這種情況時,恆星會經歷許多有趣的階段(詳見各類恆星演化史百科)。

太陽為什麼可以一直燃燒?這是當年達爾文也想不通的問題

但可以肯定地說,太陽最終將進入紅巨星階段。那時太陽將膨脹到足以吞下地球軌道內的一切存在,包括水星和金星。而紅巨星將繼續靠著融合氦氣,碳或其他更重的元素維持著生命。當這個過程都結束後,這顆恆星將以變為一顆緻密天體而結束生命。太陽最終會像行星狀星雲一樣噴射脫落掉其外層(能擴展到地球軌道),變成一顆白矮星。

而比太陽重很多的恆星,將最終產生劇烈而暴力的超新星爆炸,成為中子星或黑洞。

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