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恒星是如何产生能量长时间发光的呢?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2021-03-16 13:15:11

这是一个很好的问题,而且很长一段时间都是麻烦的根源!

你看,很少有能源能像太阳那样提供如此巨大的能量。例如,早期人们想当然地认为太阳是一个火球(燃烧的东西)。

但化学是一种弱能量来源,看起来不像,但确实是。这就是为什么化学火箭在太空旅行中如此成问题的原因之一,也是为什么很快就发现化学反应不能为太阳的能量输出提供能量的原因之一。

太阳的质量为1.99×1030千克,半径为6.96×108 m,其放出的能量约为3.83×1026 J/s。例如,如果太阳完全由TNT组成,那么它将释放出(4.18×106 J/kg)(1.99×1030 kg) = 8.32×1036 J的总能量。以目前的速度,它所产生的能量可以维持(8.32×1036 J) ÷ (3.83×1026 J/s = 2.17×1010 s,也就是688年。你可以用其他化学物质做得更好(事实证明,TNT实际上并没有那么高的能量,它只是释放得很快!)但你不能把它合理地推到几十万年后。

但是,我们从地质学的证据中知道,地球至少有几亿年的历史(事实上,更古老,大约45.4亿岁,是化学过程所允许的年龄的几万倍。

这在19世纪晚期是一个大问题,当时地球的年龄刚刚开始显现。但还有另一种可能性——太阳更可能的能量来源(实际上,太阳形成时的第一个能量来源)是引力坍缩!如果你落下某物,它在下落时释放能量。如果大麦哲伦星云的气体凝结成一个小明星好像基本上是气体下降很长一段路,和非常强大的引力下的一部分,这是一个更大的能源比化学提供(证人有多难使用化学火箭将东西远离地球的重力!)

我们能找到的总能量释放质量从无限距离在一定半径,它是35 gm2r当前太阳半径给我们2.28×1041 J的总能量,其中一半可以辐射(1.14×1041 J)或重复我们的计算使用当前的输出功率最大的生活9430000年。但仍然比当时人们发现的数亿年要短得多,考虑到我们目前对地球年龄的了解,几乎短了500倍。

这是一个真实的问题(当时年轻的地球神创论者们不再关注这个问题),但答案在20世纪初的核反应发现中找到了。事实上,这个总体想法是由阿瑟·爱丁顿首先提出的(他是物理学界的大人物,尽管现在经常被低估)。据说,在他做了第一次计算后的晚上,在他和女朋友约会的那天,氢聚变成氦会产生足够的能量来驱动星星。在他和女朋友出去之前。他们已经到了外面,她对他说:“今晚的星星闪耀得多么美丽啊!”他回答说:“是的,你能相信我是唯一一个知道钻石如何发光的人吗?”

历史没有记录她是否在这个时候扑向他的怀抱,或者要求他给她看计算结果。但我认为这两种反应都是合理的!

关于这一过程的细节还有待研究,伟大的物理学家汉斯·贝斯(Hans Bethe)因为研究出了其中的确切过程(质子-质子链)而获得了诺贝尔奖。爱丁顿没有获得诺贝尔奖,因为仅仅是想法本身并不是最难的部分(很多在Quora上提出想法的人似乎都忽略了这一点),但他确实获得了骑士头衔。也许还有那个女孩。无论如何,他似乎过得很好,并做出了许多其他伟大的贡献!

我不打算深入质子-质子链的细节,或者任何其他恒星内部原子聚变的机制……真正的过程比大多数描述的要混乱得多。这是维基百科上发生的众多事情之一。

恒星是如何产生能量长时间发光的呢?

主要思想是这样的,除去那些混乱的细节,当原子快速移动时,它们可以靠得足够近,从而融合在一起形成新的原子。当小的原子融合成大的原子时,会释放出大量的能量,这是恒星能量的最终来源。

但是这个过程真的很难。原子核之间的相互排斥很强烈,所以你必须有足够多的原子以足够快的速度移动,只有少数原子会非常靠近。在像太阳这样的恒星中,这个过程是非常低效的,你实际上释放出的余热比同等体积的太阳中心更多!但是太阳很大,所以即使只有几十瓦的电力生成一个立方米的阳光,仍然有大量的能量输出…事实上,如果太阳只有10%的氢转化为氦将释放足够的能量输出能量现行汇率100亿年。

事实上,我们可以很好地模拟恒星(包括太阳)发生的事情(它们实际上是非常简单的东西,只是非常非常热的气体球),而且我们相信,太阳还会持续几十亿年!

有些生命周期对于地球上的生命来说太热了,但我们还有很长的时间。不过,留意其他星系的好交易也无妨,以防到了搬家的时候,我们还在附近。
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