太阳辐射
我们都知道,太阳燃烧的原理是核聚变反应,核聚变反应前后会损失一部分的静止质量m,这些质量会等价mc^2的能量,并以光和热的形式释放出来。我们地球其实只接收到很少的一部分太阳的能量。如果我们把太阳释放出来的能量总量比喻成钱,那么,太阳每秒钟大概向太空撒了70万亿人民币,地球接到的大概3万人民币左右,能被人类所使用也就3块人民币。
地球在远离太阳
所以,太阳时时刻刻都在消耗大量的质量,这些质量会以能量的形式释放到太空当中,据科学家估算,太阳每秒钟大概损失420万吨的质量。根据牛顿的万有引力定律,太阳质量减少。引力就会减少,所以地球的轨道应该是向外扩大,也就是说,地球应该是在远离太阳的,而且随着时间的流逝,这程度还会越来越剧烈。据科学家估算,地球每秒会远离太阳的平均距离大概是1.5厘米。 那这是不是就意味着随着时间的流逝,地球的温度会越来越低了?
事实上,情况是恰恰相反的,地球的温度非但不会降低,同时,还可能会升高,而且大概在10亿年以后,地球可能会因为实在太热,而不适宜生物生存了。那为什么会和我们上面分析的结果正好相反呢?
这其实和太阳自身的燃烧机制有关,太阳的燃烧机制和普通的氢弹爆炸其实区别很大。我们接下来就详细讲讲太阳是如何燃烧的。
太阳的核聚变反应
我们都知道,氢弹爆炸的利用到的原理是核聚变反应。
但事实上,氢弹并不容易引爆,它需要非常高的反应条件,这个条件是1亿度以上的高温环境。在一般的情况下,人类很难制造出如此高的温度环境,这也是为什么可控核聚变很难实现的技术难点之一。要引爆氢弹其实需要先点着一颗原子弹,这颗原子弹可以提供这样的环境温度。
而我们要知道的是,太阳内核温度仅仅只有1500万度,这就意味着太阳内核的核聚变反应并不是那么容易点着的。那它到底是如何被点着的呢?
这其实和太阳自身的质量有关。太阳占据了太阳系几乎全部的质量,这个比例高达99.86%。所以,在太阳系,太阳是绝对的霸主。
质量大,就意味着太阳的引力特别大。在引力的作用下,太阳内核的温度急剧飙升,达到了1500万度,200多万个大气压。但我们上文也说到了,这个温度根本不足以点燃太阳的核聚变反应。
不过,此时太阳不再是我们常见的三态(气态、固态、固态),而是处于一种叫做等离子态的状态。因为原子中的电子获得了足够的能量,因此,电子就会脱离原子核的束缚。所以,太阳内部是各种粒子(原子核、电子、光子等)到处乱串的状态。
在这样的情况下,原子核和原子核要结合其实是有困难的,这是因为原子核是由质子和中子构成的。而质子是带正电,因此,原子核是带正电的。根据同种电荷相排斥,原子核要结合其实就得克服静电斥力。
这就意味着需要输入能量才可以实现两个原子核的融合。但是并没有凭空给太阳输入这些能量,照理说,太阳是不太可能引发核聚变反应的。不过,在微观世界中,存在着一种量子隧穿效应,意思就是说,即使需要能量才能促发的反应,在微观世界中也有一定的概率会发生,只不过概率极其低,比如一对氢原子核要核聚变反应,大概需要10亿年左右的时间。这个是极其低的概率,但是太阳足够大,粒子数足够多,以至于可以引发这个反应,只不过这个过程会很慢,这也是为什么太阳没有像氢弹那样一下子全炸,而是慢慢燃烧着的原因。
可我们要知道的是,实际上太阳的核聚变和自身质量是息息相关的。核聚变会产生对外的压力,这个压力会和引力形成动态平衡。
我们甚至可以把引力理解成太阳的稳定器,稳住太阳核聚变的强度,如果没有引力,太阳可能就炸开了。因此,当质量逐渐减少时,引力也在减少,这时候核聚变反应的稳定器的效用就降低了,核聚变就会变得剧烈,这也就意味着太阳向外辐射的强度会上升,周围天体接收到的热量也就上升。
虽然地球在远离太阳,但是每年1.5厘米相对于日地距离1.5亿公里来说简直微乎其微。因此,在这件事情上,太阳的发光强度才是关键要素,才是影响地球温度的主要原因。
它使得地球的温度会以每十亿为单位的大幅度攀升,在10亿~20亿年后,地球温度将会极其高,以至于不再宜居。