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宇宙中沒有氧氣,太陽為什么能燃燒出火焰?


都說太陽是個火球,而宇宙中又不可能有氧氣。

(摘錄幾位網友的討論供大家參考)


基本的回答是:火焰不一定都需要氧氣

確實有許多火焰是物質與氧氣發生化學反應導致的,例如人們平時用的煤氣、火柴、蠟燭、木柴、煤炭等等。所以滅火的一個方法,就是隔絕氧氣。

但是,也有許多不涉及氧氣的化學反應會發出火焰。例如氫氣(H2)在氯氣(Cl2)中可以燃燒,生成氯化氫(HCl)。另一個例子是,肼(又稱聯氨,N2H4)跟四氧化二氮(N2O4)一接觸就會燃燒,因此這兩種物質可以作為火箭發動機的自燃推進劑。

這還沒完。更加驚人的是,化學反應之外的過程,也可以產生火焰。對于太陽(以及所有的恒星),這個過程就是核聚變

在科學史上,太陽的能量來自哪里,長期是一個巨大的謎團。尤其是當人們發現太陽與地球的距離遠達1.5億公里,而地球的半徑只有6400公里之后,這意味著從太陽發出的光,只有大約百億分之4照到了地球上。這么少的比例,就養活了整個地球生態圈,真是太不可思議了!這說明太陽的能源驚人的強大,任何傳統的方法都無法產生這么多的能量。

在19世紀,開爾文勛爵曾經設想過,太陽是一個逐漸冷卻的液體球,發出內部儲存的熱。他還和亥姆霍茲提議過,太陽的能量來自引力收縮。但是根據他們的計算,這樣的太陽壽命只有2千萬年,而當時已經知道地球的年齡至少超過3億年(現在知道是46億年)。更搞笑的是,還有科學家提議太陽的能量來自不斷的隕石墜落。這個腦洞,足以反映當時尋求解釋的絕望程度!

直到20世紀,發現核反應和量子力學之后,人們才逐漸想到,太陽的能量來自核聚變。更具體地說,太陽中主要的核反應是兩個氫聚合成一個氦。1920年,第一個提出這個構想的是愛丁頓,就是做實驗驗證廣義相對論的那位。1938年,最后把計算完善的是漢斯·貝特。

愛丁頓

《費曼物理學講義》中講到了漢斯·貝特的故事。那天晚上他和女朋友出去散步,女生說:“天上的星星好美呀!”貝特說:“是的,然而現在我是世上唯一知道它們為什么閃爍的人。”女生笑笑,沒說話。科學家的浪漫,真是令人憂傷的故事……


首先,宇宙中有氧,實際上,我們地球的元素在宇宙中都有。

當然,太陽“燃燒”并不是因為氧。在研究科學的時候,我們發現的日常詞匯已經不足以準確地形容新發現了,或者說,我們已經對熟悉的詞語賦予了全新的涵義。

有氧氣才能“燃燒”,產生“火焰”,這是我們的日常經驗,是我們熟悉的一種化學反應。就其本質來說,燃燒取暖是我們獲得能量的方式。在自然界中,特別是宇宙中,實際上還有其他可以產生能量的方式,比如引力收縮(這是太陽最初形成時“點火”的方式),重原子核衰變(目前的核電站就是用這種方式產生能量,),輕原子核聚變(這是恒星產生能量的方式)。

熾熱的太陽同樣讓我們感覺如同被火烤,所以也形容為“火焰”。這是我們所看到的太陽,跟我們日常提到的火爐,看起來的相似性。但是它們的本質過程是有很大區別的。

火爐的燃燒(不管是燒火柴還是燒煤炭還是酒精)是利用分子化學鍵的斷裂和重組產生的化學能,這個能量效率是相當低的,可這也是我們人類直接獲得的主要能源方式,所以石油煤炭的燃燒在造成大量的污染,而且儲量減少也產生了能源危機。

太陽燃燒就是在太陽中心進行核聚變反應,使4個氫原子核(也就是質子)在極端地高溫高壓之下,轉變成1個氦原子核(包括兩個質子和兩個中子),同時損失一部分質量轉化為能量。在這個過程符合愛因斯坦相對論提出來的“質能方程”E=mc2(c的平方),所以這個公式才會如此有名。相比于我們的化學能源來說,這個能量要高得多得多,所以現在的科學家正在積極的研究如何在地球上實現可控核聚變,比如中國參與的在法國建正在建設的ITer項目,一旦試驗成功,就可以或為人類提供源源不斷的、幾乎可以稱之為取之不盡的能源。同樣,這也是為什么我們現在的主要大國都在積極地重返月球,因為月球上有進行核聚變的重要燃料氦3(包括兩個質子和一個中子)。

太陽看起來非常熾熱,夜晚閃爍恒星看起來非常冷,其實這只是因為離我們的距離不一樣,他們都是由核聚變反應產生的大火爐。宇宙是非常高能的!


首先,我們要知道火焰的本質是什么,火焰主要是一些高溫中性氣體分子為主要載體,再加上電離度遠小于0.01的弱電離非平衡等離子體。而等離子體則是又叫做電漿,是由部分電子被剝奪后的原子及原子團被電離后產生的正負離子組成的離子化氣體狀物質。既不是氣態也不是液態,而是完全不同于固態、液態、氣態之外的第四種物質存在狀態簡單來說,就是一群帶電的電子群,其均勻分布,類似于一團例子漿糊。

而包括地球的火焰,太陽表面的火焰也是一種等離子氣體,而在這個過程中,太陽的氫核聚變產生高溫、高壓、其密度也很高的情況下,等離子從激發態回到基態時放出能量,就形成了火焰。但在地球上,由于大氣層的作用,地球表面氣體不是電電離狀態,需要一定的氫氣燃燒,即將氣體利用氫原子的反應產生電離化狀態。而太陽表面——日冕上面的的氣體本來就是完全電離的。

而太陽本身是分為太陽活動區和靜態區的兩種,太陽活動區產生的火焰更高,更像是在太空中燃燒,而不是依舊在太陽內部的燃燒,而太陽活動區的燃燒產生的機制在知乎上已有人給出了十分專業的回答。他認為,在太陽活動區的燃燒,即太陽內部的聚合反應如何產生太陽之外的火焰,其實跟太陽的磁重聯相關,簡單地說就是磁場的聯結變化產生的劇烈的太陽活動。


誰說,只有氧氣參與,才能有燃燒?其實啊,燃燒這個說法就是熱量到了一定程度后就會出現的形式。重原子核衰變,也就是我們大多數核電站產生能量的方式;輕原子核聚變,是大部分的高溫星體,尤其是恒星產生能量的方式。

而太陽的燃燒就是這樣。在我們夜晚抬頭看到美麗的星空(當然現在的環境你很難看到,哈哈哈)里的那些星星,只是離我們遠了,其實它們很多都是比太陽更加熾熱、更大的星體。

從現在主流的說法看:太陽核心處溫度高達1500萬度,壓力呢,相當于3000億個大氣壓,太陽隨時都在進行著四個氫核聚變成一個氦核的熱核反應。

所以,太陽那么大的質量,可以不斷的進行大規模的聚變,然后體積變大,變大了之后壓力不夠、熱量不夠,就會再度收縮。當壓力夠了又會再次出現大范圍的聚變。所以太陽其實是在時而大、時而小的。當然這也的變化,我們是肉眼看不出來的。

也是這樣的機制,讓太陽本身不會是一下子爆炸了,而是長期且很穩定在照耀我們。有科學家預測,這樣的太陽可以再持續50億年以上。所以,擔心太陽爆炸炸著炸著就沒了的,你真的是心里戲太多了。在人類滅絕之前。。。太陽都堅挺著,哈哈哈。

如果我的回答對您有幫助,希望您可以給我點個贊!花不了多少流量噠!相信我!嘿嘿嘿!


太陽的燃燒并不依靠氧氣,它時時刻刻在發生一種名叫核聚變的反應。

我們知道物質是由分子構成的,而分子是由原子構成的,每個原子中都有質子、中子和電子,質子所帶的是正電荷,電子所帶的是負電荷,電子會環繞原子核做高速運動。每種元素的電子和質子數量都不是不同的,比如我們造核反應堆經常使用的鈾,它是天然元素中最重的原子,有92個質子和92個電子。

核聚變是指由質量輕的原子(主要是指氫的同位素氘和氚)在超高溫條件下,發生原子核互相聚合作用,生成較重的原子核(氦),釋放出巨大的能量。

太陽內部蘊含著大量的氫氣,進行著無比劇烈的熱核反應,每秒鐘大約消耗掉6.2億噸的氫,質量減少大約430萬噸,轉變為氦氣,來釋放源源不斷的熱量。

與核聚變對應的還有一種叫做核裂變,它的主角是鈾等放射性物質,是一個原子核分裂成幾個原子核的變化,核電站一般使用的都是核裂變。 利用核聚變來獲取能源是人類的一個夢想,因為不會產生放射性的物質,不會對人類造成危害,據測算,每升海水中含有0.03克氘,所以地球上僅在海水中就有45萬億噸氘。1升海水中所含的氘,經過核聚變可提供相當于300升汽油燃燒后釋放出的能量。

根據有關報道,中國的超導托卡馬克裝置已經取得多次放電實驗成功。該裝置使得中國在可控核聚變研究中領先世界水平,


燃燒指的是發光發熱的氧化反應,燃燒并非都需要氧氣,比如鈉在氯氣中燃燒。而太陽嚴格意義上不能說是在燃燒,因為太陽上進行的是一系列的氫核聚變反應,太陽的內核釋放大量的伽馬射線,這些伽馬射線在光球層以可見光的形式向四周發散,這才有了我們認為太陽在“燃燒”的錯覺。



燃燒一般是指比較劇烈的發光發熱的氧化反應,屬于化學反應的范疇。但是太陽上發生的是熱核聚變反應,氘和氚聚變成氦,釋放的能量與化學反應不是一個數量級的。所以嚴格來說太陽并沒有“燃燒”,更像是一個巨大的氫彈,用100億年來完成爆炸的過程,現在就是這個“氫彈”爆炸的中期。

有答主提到,太陽不是燃燒,因此這個問題根本就沒有意義,也沒有討論的必要。

但事實上,將太陽類比成燃燒的火焰是有根據的。

原因至少有兩個:

1.從物質構成上來說,火焰、核聚變和太陽大氣有深刻的相似之處。

火焰本質上是一團電離氣體。

在適當的條件下,可燃物發生氧化反應,氧化反應提供的能量使氣體電離。電離氣體中激發態電子向低能級躍遷,躍遷過程發出可見光,形成我們所看到的火焰。

太陽大氣,也同樣是一團電離氣體。



太陽是一顆黃矮星(光譜為G2V),黃矮星的壽命大致為100億年,目前太陽大約45.7億歲。 在大約50至60億年之后,太陽內部的氫元素幾乎會全部消耗盡,太陽的核心將發生坍縮,導致溫度上升,這一過程將一直持續到太陽開始把氦元素聚變成碳元素。雖然氦聚變產生的能量比氫聚變產生的能量少,但溫度也更高,因此太陽的外層將膨脹,并且把一部分外層大氣釋放到太空中.


太陽既不是燃燒的煤,也不是燃燒的天然氣,而是燃燒的氫。不是和氧氣的化學燃燒,而是自己和自己發生的“核燃燒”,在原理層面和氫彈爆炸是一樣的。每秒產生的能量相當于地球上所有煤炭資源產生能量的1000倍。

太陽是太陽系的中心天體, 現在太陽質量的大約四分之三是氫,剩下的幾乎都是氦,包括氧、碳、氖、鐵和其他的重元素質量少于2%,采用核聚變的方式向太空釋放光和熱。


太陽不斷地釋放出巨大的能量。巨大能量來源于太陽內部的熱核聚變。對太陽光譜的分析得知,太陽含有極其豐富的氫元素,按質量計約占71%。氫核在幾百萬度(K)高溫下即可聚變成氦核,而太陽中心處于極高溫(即1500萬K)和極高壓(2000億個大氣壓)狀態下,四個氫核聚變成一個氦核,從而釋放出巨大能量。

愛因斯坦在狹義相對論中指出,質量和能量可以互相轉化,其轉化公式為:E =mV2。式中E為能量,m為質量,V為光速。現將0.007代入上式得:E=0.007×(3×1010)2≈6.21×1011J,即是說1g氫核聚變為氦核時,能產生6.21×1011J的熱能,相當于燃燒2700t標準煤所發出的熱量。按照上述計算,太陽從誕生到現在僅損耗了其總質量的0.03%,維持了50億年的光能輻射。估計太陽壽命約100億年,其質量的損耗也不過是總質量的0.06%。

燃燒反應和太陽核聚變,都不可避免的激發原子的電子到激發態。電子在躍遷過程中發出可見光,這是火焰的最本質來源。

氫氣能在氯氣中燃燒,鎂能在氮氣中燃燒,說明燃燒本質上和氧氣就沒關系。

等離子體(火焰)產生 燃燒 劇烈的氧化反應 氧氣參與的劇烈氧化反應


太陽的成分71%是氫,27%是氦剩下的2%是其他的元素.太空中最多的元素是氫,當太陽在50億年前形成的時候,許多氫被吸收聚集在一起,由外往內產生了巨大的壓力及溫度,產生了核融合反應,點燃了恒星之火,從此源源不絕地發光發熱.

太陽如何燃燒:

太陽是自己發光發熱的熾熱的氣體星球.它表面的溫度約6000攝氏度,中心溫度高達1500萬攝氏度.太陽的半徑約為696000公里,約是地球半徑的109倍.它的質量為1.989×1027噸,約是地球的332000倍.太陽的平均密度為1.4克每立方厘米,約為地球密度的1/4.太陽與我們地球的平均距離約1.5億公里.

太陽的結構從里向外主要分為:中心為熱核反應區,核心之外是輻射層,輻射層外為對流層,對流層之外是太陽大氣層.

從核物理學理論推知,太陽中心是熱核反應區.太陽中心區占整個太陽半徑的1/4,約為整個太陽質量的一半以上.這表明太陽中心區的物質密度非常高.每立方厘米可達160克.太陽在自身強大重力吸引下,太陽中心區處于高密度、高溫和高壓狀態.是太陽巨大能量的發祥地.

太陽中心區產生的能量的傳遞主要靠輻射形式.太陽中心區之外就是輻射層,輻射層的范圍是從熱核中心區頂部的0.25個太陽半徑向外到0.86個太陽半徑,這里的溫度、密度和壓力都是從內向外遞減.從體積來說,輻射層占整個太陽體積的絕大部分.

太陽通過熱核聚變,靠燃燒集中于它核心處的大量氫氣而發光,平均每秒鐘要消耗掉600 萬噸氫氣.就這樣再燃燒50億年以后,太陽將耗盡它的氫氣儲備,然后核區收縮,核反應將擴展發生到外部,那時它的溫度可高達1 億多度,導致氦聚變的發生.

根據恒星演化學說,恒星內部一旦進行熱核反應,就進入了相對穩定時期.而且質量大的演化快,穩定期短;質量小的演化慢,穩定期長.太陽的質量大約是2000億億億噸,所以它的穩定期為100億年.科學家們推算,太陽目前正于它的“中年”——50億歲,也就是說太陽還能再活50億歲.

隨著時間的推移太陽的直徑繼續增大,最后成為一個行星狀星云,并在中心留下一顆超密度白矮星.在這種白矮星里一塊火柴盒大小的物質就重達1噸左右.白矮星沒有核反應,它是恒星核反應結束以后留下的殘骸,依靠收縮自己的體積來繼續輻射出微弱的能量,最后將變成一顆不發光的黑矮星.

派大 朗


與大家想象的不同,按照現在的主流理論,太陽表面各種火焰狀結構的形成機制,是磁重聯,并不是核聚變。

給題主配一張圖。宇宙中熊熊燃燒的火球,我們的太陽:



開始之前,先澄清一個問題。

有答主提到,太陽不是燃燒,因此這個問題根本就沒有意義,也沒有討論的必要。

但事實上,將太陽類比成燃燒的火焰是有根據的。

原因至少有兩個:

1.從物質構成上來說,火焰、核聚變和太陽大氣有深刻的相似之處。

火焰本質上是一團電離氣體。

在適當的條件下,可燃物發生氧化反應,氧化反應提供的能量使氣體電離。電離氣體中激發態電子向低能級躍遷,躍遷過程發出可見光,形成我們所看到的火焰。

太陽大氣,也同樣是一團電離氣體。

從這個角度來說,太陽就是一團懸浮在宇宙中的超大的火焰,說太陽在燃燒,并沒有什么不妥。

我們稱這種電離氣體狀態為「等離子體態」。

常見的等離子體見下圖:

其中,橫縱坐標分別是物質密度和溫度,從圖中可以對這些物質的參數有一個直觀的了解。

(右下角是人類可以生存的參數環境)

注意火焰、日冕[01]、磁約束聚變和太陽核心在圖里的位置。

從圖中可見,日冕跟火焰的密度相近,但是溫度要高4個數量級,達到數百萬度。

[01]
日冕,即太陽大氣的最外層。太陽大氣跟日冕的關系,做個不恰當的比喻的話,可以類比成,火焰和外焰之間的關系

2.從觀測來說,太陽表面確實可以觀測到大量的火焰狀結構。

先普及一下太陽物理的背景知識。

太陽結構可以簡單分為太陽內部和太陽大氣兩部分[02]。

[02]
這樣劃分是因為,太陽內部是不透明的。
使用光學和射電手段觀測太陽的話,只能看到太陽大氣,看不到太陽內部。
所以從觀測上說,太陽內部和太陽大氣是截然不同的。在不考慮日震學的情況下,太陽物理主要就是太陽大氣物理。

其中,太陽大氣從里到外,又被人們分為光球層、色球層和日冕三層。

光球層和色球層是很薄的[03],溫度也比較低[04]。
日冕的厚度則可以達到好幾個太陽半徑,溫度猛增至數百萬度。

[03]
光球層:500 公里
色球層:2000 公里

[04]
約6000度

光球層、色球層和日冕,其結構如下圖所示



太陽大氣中可以產生極為復雜和劇烈的現象。如延伸數十萬公里,像拱門一樣的日珥;相當于數百億顆百萬噸極氫彈爆炸的耀斑;對地球影響最大的日冕物質拋射等。更細致觀測的話,還可以看到大量的針狀物和微耀斑。


日面上的這些結構確實會給人一種“火焰”的直觀印象。

那么,如何解答題主的疑問呢?

火焰的能量產生機制,我們知道是氧化反應。可是,宇宙中沒有氧氣,太陽大氣是靠什么機制,來維持太陽表面火焰狀結構的能量呢?

看到這個問題,大家的第一反應可能會覺得是核聚變。確實,太陽核心的核聚變,是太陽能夠維持幾十億年發光發熱的最終能量來源。


但是,具體到恒星表面火焰狀結構的形成機制,則不可能跟核聚變產生關系。

光球和色球溫度太低,根本不可能達到產生核聚變的溫度;日冕溫度雖高,但過于稀薄,甚至可以用無碰撞粒子模型來描述,更加不可能產生足夠的輕核匯聚。

在太陽上,核聚變只能發生在高溫高密度的太陽核心。

如下圖所示,光子從太陽核心,傳遞到太陽表面,需要經過太陽內部的對流區和輻射區。
傳遞時間長達上百萬年,無法直接影響太陽表面的活動。

如果不是核聚變的話,這些火焰狀結構的本質究竟是什么?

我們的主角,磁重聯出場了~

(有評論問到這個詞的讀法。重在這里讀chong,取磁場重新聯接的意思)

我們往往傾向于忽視磁場的能量,這是合理的,因為我們在地球上所感受到的磁場實在太低調了╮(╯_╰)╭

每個人,每時每刻,都處在地球磁場中。

可對普通人來說,地磁場除了使指南針偏轉、讓高緯度偶爾出現一次極光之外,也就沒有其他的影響了。

原因呢,很簡單,除了地磁場本身的強度比較弱之外,更重要的是,地球上的物質絕大部分都處于電中性狀態,無法被磁場影響。

太陽表面的物質處于高電導率等離子體狀態,受磁凍結效應的支配。

這里的“凍結”不是溫度低的意思,通俗的講,是說磁感線跟物質凍結在一起,物質如何運動,磁感線就如何運動。

按照現有的理論,磁重聯,是太陽表面所有高能現象的來源。

關注我,聽我講講宇宙那些事兒


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