太陽表面一秒鐘散發出來的能量總和,能夠支持地球人所需能量用多久?為什麼?

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答:太陽內部通過核聚變反應釋放大量能量,據估計,太陽每秒釋放大約380億億億焦耳能量,相當於人類當前生產力水平數十萬年消耗的能量,但是隻有22億分之一能輻射到地球。


太陽是地球生命的能量之源,人類使用的絕大部分能量,究其根源都來自於太陽,比如化石燃料是古生物通過光合作用固定下來的能量,水力發電是太陽能蒸發雨水,使雨水獲得重力勢能。

根據恆星演化模型的推斷,我們太陽已經有45.7億年的歷史,化學反應肯定是無法維持這麼長時間的能量輸出,在太陽內部,主要進行著氫元素向氦元素的聚變,從而釋放大量能量。

據估計,太陽每秒釋放3.8*10^26焦耳能量,質能轉換對應的質量虧損為400萬噸,而人類現階段每年消耗的能量大約是5*10^20焦耳,也就是說太陽每秒釋放的能量足足夠人類使用70多萬年。

但是這些能量只有極小部分能傳播到地球,地球軌道半徑1.5億公里,地球平均直徑12756公里,計算下來的話,大約只有22億分之一的太陽能量傳到地球。

太陽常數大約是1360W/m^2,也就是說在地球軌道上,垂直太陽光的能量功率,大約是每平方米1360瓦特,由於地球是圓形的,所以不同地方的太陽夾角不一樣,接收到的太陽光能量密度也不一樣。

目前人類文明等級大約是0.7的水平,還無法完全利用地球自身的全部能量,根據文明等級的劃分,當達到Ⅱ型文明時,我們就可以製造戴森球來獲取太陽輻射的所有能量。

然而在我們銀河系中,擁有近2000億顆恆星,可觀測宇宙中的星系超過1萬個,我們整個宇宙的恆星遠比沙灘上的沙粒數還多,可以說宇宙中的能量是取之不盡、用之不竭的,但是我們人類太渺小,現階段根本沒有能力開發外星球的能源。


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作為一個標準的地球人,我們早已習慣了太陽的恩惠,它就像一位慈祥的長者,源源不斷地把自己的光和熱拋灑到地球上,使得地球上萬物生長,成為一顆充滿生機的藍色行星。然而太陽釋放的能量並不是“地球專供”,實際上太陽輻射到我們地球上的能量,僅佔其總能量的大約22億分之1,可以說是微乎其微了。

相信大家一定會比較好奇太陽這個巨大的“火球”,到底擁有多大的能量。為了說明這個問題,我們不妨來探討一下,太陽表面一秒鐘散發出來的能量總和,能夠支持地球人所需能量用多久?

作為太陽系的“王者”,太陽獨佔了太陽系大約99.86%的質量,在它的內部,平均每一秒鐘都會有大約400萬噸的質量通過核聚變反應轉化成了能量,根據愛因斯坦的質能方程 E = MC^2,我們可以粗略地計算出,太陽一秒釋放的能量大約為 3.6 x 10^26 (360億億億)焦耳。

根據最新的統計數據,在地球上我們人類每年消耗的能量總和約為 5 x 10^20(5萬億億)焦耳,經過簡單的計算後,我們得出了一個令人吃驚的結果:太陽一秒鐘釋放的能量夠人類用72萬年之多。要知道,這僅僅是太陽一秒釋放的能量而已!

需要說明的是,以上有關太陽的計算結果只是非常粗略的計算,事實上,科學家給出的數據還要比這高一點(大約3.828 x 10^26焦耳),而且隨著太陽內部核聚變反應的逐步增強,這個數字還會進一步地攀升。

我們看到答案後,才明白人類的渺小,然而我們也不必氣餒,因為從另一個角度來看,在廣袤的宇宙裡,我們人類的文明還有難以想象的發展空間。

文明的發展之路是一個厚積薄發的過程,雖然人類的歷史長達幾百萬年,但是我們的文明真正開始高速發展也就是近幾百年的事。因此可以說,不出意外的話,在不久的將來人類文明就會達到一個嶄新的高度。

根據“卡爾達舍夫文明等級”的劃分,一個2級文明可以完全利用其所在恆星系(包括主恆星)的所有能量。這就意味著,對於進入2級文明的人類來講,太陽很可能就只是一顆電力充足的電池而已。

可能有人會問了,人類要這麼多能量來幹啥,是嫌自己家的燈泡不夠亮麼?其實能量的消耗程度只是一個指標,它標誌著一個文明科技的真實水平。與之前相比,我們現代的科技要發達得多,所以能量的消耗程度就要比古代要高出很多個數量級,相應的,更高級的文明,其能量消耗程度必定也比現在的我們高出太多。

順便講一下,太陽一秒釋放的能量夠人類用72萬年,這看上去似乎很強大,然而在宇宙中這根本算不上什麼。比如說一個伽馬射線暴就可以在極短的時間內(一般是0.1-1000秒),釋放出相當於太陽“燃燒”1萬億年的能量總和,而一個類星體釋放出的能量,更是可以高達整個銀河系的上千倍。

明白了人類的渺小,我們才可以更加努力地自我發展,宇宙中的能量多得無法估量,只要掌握了正確的方法,也許在遙遠的未來,我們就可以成為宇宙的主人。


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