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太陽也是核聚變,為什么不像氫彈一樣瞬間炸完,能燃燒一百億年?

這是一個非常能迷惑人的話題,因為太陽發光發熱的原理就是傳說中人類不該擁有的、隱藏在原子核中的聚變能!威力最大的氫彈“沙皇炸彈”用的就是氚氘核聚變,1961年10月30日在新地島,人類歷史上最為耀眼的一道閃光閃過,似乎要撕裂宇宙,總重量達到27噸沙皇炸彈中大量核聚變裝藥中蘊含的核能瞬間釋放出5800萬噸TNT的能量,沖擊波在短時間內橫掃上數百千米半徑內的一切!

這就是人類對氫彈威力的印象!事實上除了少數人以外,大多數朋友應該還是在紀錄片中感受氫彈強大的威力!其實,我們頭頂的太陽每時每刻都釋放著數千萬枚沙皇炸彈的威力,但除了咽炎夏日之外,似乎大家從來都沒有感受過太陽那洪荒之力!太陽太溫柔了,不是嗎?這完全是因為太陽質量還不夠大!

一、太陽的門檻

不是天上的每顆星都是太陽,這大家都明白,因為還有行星!其實每一個天體誕生時它們的目標就是太陽,但大家命運各不相同,比如太陽系中太陽占了99.86%的質量,滿足了一顆黃矮星的所有條件,其他行星比如木星是整個太陽系所有行星質量的2.5倍,但它依然無法達到恒星的條件,而其他行星則靠邊站了!

我們介紹太陽的門檻原因很簡單,因為只有無限疊加的四種基本力中的引力才能給核聚變提供強大的引力坍縮能,高溫引發太陽內核中的核聚變,也就是說,在太陽核聚變點燃之前,它已經被“十萬大山”壓的“喘不過氣”來了!當聚變發生時,其強大的能量被牢牢的束縛在核心范圍內,甚至只能通過輻射、對流與傳導的方式慢慢傳遞至太陽表面!

因此在內核聚變的太陽,溫順的猶如一只綿羊?完全不會,整個太陽都被內核強大的能量加熱至等離子狀態,而內核與外殼之間自轉周期不一,扭曲的磁場,會連接太陽表面不同的磁極區域,而破裂的瞬間釋放出巨大的能量,大量的物質由以這種方式向宇宙中拋灑,這就是日冕物質拋射,軌道上的航天器最擔心的就是這種空間氣候,大量物質拋射會造成地球磁場波動,航天器受到高能帶電粒子沖擊,地球上中高緯度發生極光,電網受到波動磁場的感應電流沖擊跳閘,所有這一切,都源自于太陽內核的,來自宇宙最為原始的力量!

二、引力能搞定一切?

太陽沒有散架完全是因為引力,但引力卻不是萬能的,因為這個內核的能量總有一天會達到引力無法控制的程度!

1、氦閃

這是質量低于太陽2.2倍左右、但大于0.8倍太陽的所特有的一個過程!這是因為這個質量的恒星內核無法達到燃燒氫元素聚變后的氦元素燃燒溫度,因此會在內核逐漸積累,但氫元素逐漸耗盡,最后聚變產生的能量不足以支撐外殼的引力坍縮時,恒星的表面第一次崩塌開始,大量的物質在引力作用下向中心坍縮,將會產生強大的引力坍縮能,點燃中心的氦元素,但在很短時間內氦元素即燃燒完畢,此時引力坍縮再也無法束縛強大的核聚變能量,將會引發太陽系歷史第一次災難,氦閃時代來臨!《流浪地球》的情節就基于此,大量太陽高能物質的拋灑將是太陽系內所有木星軌道內行星的末日,比鄰星在2016年8月的一次日冕物質拋射,科學家就認為比鄰星的行星Proxima b上即使有生命也已經被徹底終結!

這是引力坍縮能再也無法控制核聚變能量的第一種,也是最溫柔的一種!

2、愛丁頓極限

其實理解這個愛丁頓極限很簡單,恒星越大,它的引力坍縮能所能達到的內核溫度越高,那么其聚變就越劇烈,兩者是一個此消彼長的拉鋸過程,當恒星達到150倍太陽質量時,兩者已經處在恐怖的平衡狀態,此時恒星表面輻射導致恒星風極其強大,大量物質會隨著聚變能量的釋放被拋灑入太空!

大麥哲倫星系蜘蛛星云中的R136星團中心恒星-R136a1的質量達到了太陽的256倍,天文學家很難理解為什么會形成遠超愛丁頓極限的恒星,認為它可能是兩顆恒星合并而成!它強大的恒星風正讓它大量丟失物質,其速度大約是太陽的9億倍,形成以來大約有超過50個太陽質量的物質丟失!

這是引力坍縮能無法控制的核聚變第二種,恒星的本來面目開始顯露!

3、超新星爆發

這是任何力量都無法控制的爆發!一般在8-10倍以上質量恒星的內核轉變成鐵核時,輻射能徹底消失,與氦閃爆發前類似,外殼將在沒有輻射壓支撐的條件下直接坍縮,與內核碰撞,產生宇宙中最為耀眼的爆發!

一次入門級別的超新星爆發的能量相當于太陽在整個主序星階段所釋放能量的總和!當然在這場拉鋸戰中引力仍然有所保留,因為真正的內核將會在引力的作用下坍縮為中子星,甚至黑洞,但外殼將永遠失去,因為在超新星爆發中,大量的物質甚至會以10%的光速遠離!

引力總會有所保留嗎?未必!

還有一種超新星爆發,即Ia型超新星爆發,引力將輸得連底褲都保不住!這是白矮星吞噬伴星物質后總質量超過1.44倍時的超新星爆發,此時白矮星將不會保留任何物質,將徹底炸散,成為行星中碳、氧、氮等鐵以前多種元素的重要來源!

這是引力所無法控制的第三種,也是宇宙中最為劇烈的能量釋放事件,引力坍縮是原因,但種下的因結出的果卻不是自身所能控制

總結

至少在太陽上,引力暫時還占了上風,所以人類在引力的庇護下還能安穩再生活二十幾億年,但總有一天引力會失去它對大量太陽物質的控制,這就是紅巨星時代,最后它大約會失去對30-40%太陽物質的控制,這是太陽的行星狀星云(白矮星時代),至少在太陽上,引力還能有所保留,而且太陽也沒有伴星,因此太陽這顆白矮星也不會超新星爆發!未來它將耗盡能量后成為黑矮星!

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