自太陽誕生以來,一直在發光發熱,持續了長達46億年的時間。
在相當長的時間里,人們一度認為太陽真的就是巨大的火球。不過按照科學界的計算,如果太陽真的是火在燃燒,幾千年就燃燒完了。
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后來隨著科學家的研究深入到原子內部,終于明白了太陽發光發熱的原理:核聚變。
太陽,就相當于一個超級大的氫彈,核心區域一直發生著核聚變。雖然太陽核心溫度高達1500萬度,但這樣的高溫其實并不足以引發核聚變,這多虧了量子隧穿效應,微觀粒子有一定幾率突破能量限制完成核聚變,雖然概率很低,但考慮到太陽核心微觀粒子數量太龐大了,最終完成核聚變的粒子總數量也是很多的。
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而這種核聚變的方式就溫和很多,否則太陽就真的如同一顆氫彈一樣,瞬間就點燃了。
雖然太陽質量巨大,氫燃料很多,但終有一天太陽會因燃料耗盡而停止核聚變。如果太陽核心停止了核聚變,人類多長時間能知道呢?
你可能會回答“8分鐘”,原因很簡單,因為地球距離太陽大約1.5億公里,太陽光飛到地球需要大約8分鐘時間。
于是你就會認為,太陽一旦停止了核聚變,8分鐘后我們就會感受到黑暗,就再也看不到太陽了。
實際上,答案并非如此簡單,太陽核心的核聚變過程,尤其是核聚變產生的輻射傳輸過程,遠沒有你想象的那么簡單!
首先,一旦太陽停止了核聚變,當然就不會產生新的光子了,于是從核心到太陽表面的能量傳輸就開始被切斷了。但是那些已經產生光子,并不沒有停止飛向太陽表面,那些光子需要多長時間才能到達太陽表面呢?
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你可能會回答:差不多2秒多的時間吧。你給出的理由看起來也合情合理,光子的速度是光速,而太陽半徑大約69萬公里,光速飛行的話也就是2秒多的時間,差不多打個噴嚏的時間。
很抱歉,你又錯了!當然并不是你的計算錯了。你計算的沒錯,光速的確是每秒30萬公里,太陽半徑的確也是69萬公里。但是核聚變產生的光子并不是以光速飛向太陽表面的,實際上光子飛行的速度遠比每秒30萬公里更慢!
為什么會這樣?
很多人可能不知道太陽內部是什么形態的物質,并不是我們常見的氣態,液態和固態,而是物質的第四種形態:等離子態。說白了就是各種粒子都自由了,處于到處亂飛的狀態,就像一鍋“粒子湯”那樣。
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尤其是在太陽核心,在1500萬度高溫下,原子核和電子也分開了,自由電子到處亂竄。在高溫高壓下,太陽核心也非常致密。光子想要穿越到處亂竄的“粒子湯”注定困難重重,會經歷無數次的碰撞,甚至來回繞圈子走,最終歷經千辛萬苦,才能到達太陽表面,順利的話需要幾千年時間,不順利需要上萬年都有可能。
我們都知道光在真空中的速度是每秒30萬公里,而在介質中的速度都會下降,比如說在水中的速度只有每秒22.5萬公里,只有真空中速度的大約四分之三。之所以慢這么多,就是水這種介質阻攔減緩了光的飛行。
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而太陽內部,尤其是核心區域的物質密度遠比水的密度更高,物質更稠密,對光的減緩效果更明顯。
不過一旦光子順利到達太陽表面,飛向地球的道路就暢通無阻了,因為太陽地球之間的路程幾乎都是真空,大約8分鐘就能飛到地球了。
因此,如果此時此刻太陽停止了核聚變,我們并不會在8分鐘后感受到黑暗降臨,而是需要幾千年甚至更長時間才能感受到。
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不過以上只是理論上分析,實際上即便太陽停止了核聚變,我們也會感受到黑暗,因為太陽停止核聚變后,就意味著走向死亡,而太陽死亡的過程其實是非常復雜的,也是很漫長的過程。
首先太陽會膨脹為紅巨星,紅巨星走到盡頭越來越不穩定,外層物質開始逐漸脫離紅巨星,最終太陽徹底淪為一顆白矮星。
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太陽淪為白矮星,其大小只有地球那么大,但密度極高,每立方厘米可達數噸重。白矮星仍舊會發出微弱的光芒,但比太陽光強度低很多。
白矮星并不是太陽的最終歸宿,黑矮星才是。不過至今宇宙中都沒有出現過黑矮星,因為宇宙138億年的歷史遠不能演化出一顆黑矮星。
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可見,太陽真正熄滅的時間其實是非常漫長的,需要演化為黑矮星之后才算真正熄滅。不過,一般我們認為太陽膨脹為紅巨星,就意味著走向死亡了。
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這就是太陽的一生。我們每天享受著太陽光的沐浴,享受著太陽帶來的溫暖,殊不知每一絲陽光都經歷了長達上萬年的漫長之旅,才從太陽核心穿越到太陽表面,然后8分鐘之后來到地球!
完。
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