1920年爱丁顿爵士提出了恒星从氢核聚变反应中获得能量,乔治·伽莫夫则为爱丁顿的氢核聚变理论推导出了原子核克服库仑障壁的量子力学公式:伽莫夫因子,让太阳原本理论计算无法聚变的科学家松了口气,汉斯·贝特则完善了质子链反应和碳氮氧循环,至此太阳发光理论已经完整具备!
根据伽莫夫推导出来的伽莫夫因子,太阳发光问题是解决了,但由于这个可能性极低,因此太阳中心从氢同位素转换为氕的比例是很低的,这决定了太阳的燃烧速度,每秒大约有6.5亿吨元素参与聚变,产生了大约450万吨的质量亏损,太阳所发出的巨大能量就是从这个质量亏损中转换而来!
太阳每秒损失的质量超过450万吨,会有一天烧完吗?
比较现实的一个问题,450万吨可不是个小数,美国尼米兹航母也就8万吨,每秒烧掉6艘航母的质量,这太阳终有一天会烧完不是吗?
这个问题我们得先来看看太阳能量的主要来源:质子链反应的过程!
第一步:1H+1H→2D+e(+)+v,ΔE=1.442MeV,Q(v)=0.265MeV;
这个过程是两颗质子克服库伦障壁结合在一起所释放的能量,当然这个过程其实还是一个吸能过程。
第二步:2D+1H→3He+γ,ΔE=5.494MeV;
这一个质子和一个种子的氘和一个质子的氕结合,形成氦三,释放5.49MeV的能量
这个步骤中总共加入反应的质量有:
2个质子+2个质子+1个中子=4690MeV
能量为:7.201MeV,
质量亏损比例为1.5‰,也就是说当所有的氕转换成氘,再由氘和氕转换成氦三时整体质量亏损约为1.5‰,尽管这个数字数高达百万吨,但整体比例上来看并不会严重影响严重影响太阳的质量!
地球会因此而获得质量吗?
从理论上来看地球获得了辐射能,根据爱因斯坦的质能等价方程,获得了能量的地球明显质量是增加的,那么地球会获得多大的质量呢?
地球大约获得太阳辐射的22亿分之一,按此比例计算大约20千克,另外地球也在时时刻刻向宇宙空间散发热量,而这个当前模式下大致是平衡的,因此从这个角度上来看地球收支平衡,并不会因为阳光照射而增加质量!
但事实上地球仍然从太阳那里获得了质量,而且有一种理论认为地球上的水也来自太阳!因为太阳风中的高能质子流就是氢原子核,其捕获一个电子即成为氢原子,那么地球每年从太阳风中获取到多少质子呢?
太阳风中的粒子数目大约为1.3×10^36个,平均能量约为10eV,那么太阳风的功率约为3.1239至20.826×10^17W,大约是辐射功率的十亿分之一,如果再按22亿分之一算算,再换算成质量的话似乎可以忽略不计?
所以地球从太阳获得的质量几乎可以忽略!
地球还因太阳而损失巨大质量!
地球似乎没有从太阳哪里捞到质量上的好处,反而被太阳风后薅去不少羊毛,因为太阳风的剥离,每年大气都损失数十万吨,好在地球大气总量高达5×10^18 kg
极光就是太阳风中带电离子进入大气层激发发光
即使不补充,大家也不用担心,在各位有生之年里大气层气压不会少到最小可测量值!
地球还会从火山喷发和宇宙空间的彗星补充,而且这地球收益是+的,也就是说每年地球还会增加不少质量,保守估计大约是二十万吨!