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燃烧需要氧气,为什么太阳没有氧气也会持续燃烧呢?

十万个为什么 空空 2024-3-23 17:15:33 4次浏览

关于问题燃烧需要氧气,为什么太阳没有氧气也会持续燃烧呢?一共有 3 位热心网友为你解答:

【1】、来自网友【时空通讯】的最佳回答:

这是一个老话题,而且是老百姓喜闻乐道的话题,就那么一颗太阳照耀我们几千年,怎么就烧不完呢?

其实我们的太阳已经烧了 50 亿年了,刚开始烧的时候还没有地球,后来有了地球也是一团熊熊的烈火,经过亿年演化,地球表面的地狱之火才渐渐熄灭。

太阳开始温度并没有这么高,所以十多亿年后地球才孕育了生命。

但人类的出现已经很晚了,尤其有记载的人类历史才几千年,太阳就一直是这个样子。

是什么原因使这个火球烧不完,用光和热哺育着人类和万物生长呢。

首先我们要认识到太阳是一颗恒星,是比地球大很多很多的,有充足的燃料。

太阳占有太阳系 99.86%的质量,我们地球只是占有 0.0003%,太阳质量是地球的 33 万倍,体积是地球的 130 万倍,所以太阳有足够的燃料来燃烧。

其次其燃烧不是我们一般意义上的燃烧,而是太阳核心地带的氢核聚变导致的。核聚变是原子核融合时释放的能量,因此不需要氧气。

太阳像所有的恒星一样,在中心巨大压力和高温下,形成了持续的氢核聚变,每秒钟有 6 亿吨的氢聚变成 5.958 亿吨的氦,其中有 420 万吨的物质转换成能量,这个巨大的能量就从中心渐渐传递到了太阳表面,然后以光和热的形式辐射到了太空。

这种转换方式比普通的燃烧效率提高了若干数量级,这样就使恒星(包括太阳)能够得以燃烧很长的时间。

根据爱因斯坦的质能方程计算,核聚变的能量转化率达到了 0.7%,而燃烧煤的质能转换率只有 0.0000028%。

太阳每秒钟向太空释放的能量为 3.8×10^26 J,相当于 28600 亿亿兆瓦的能量,而地球能分到太阳能量的 22 亿分之一,为 1.740×10^17J。别小瞧这 22 亿分之一,其威力相当于每秒钟爆炸 3000 多颗广岛原子弹的能量,或者 1000 万座三峡大坝的发电量。

如果人类能够收集太阳 1 秒钟的能量,就足够使用 100 万年。实质上,太阳中心是一种持续性的可控核聚变,其由外向内的巨大压力与核聚变产生的巨大张力形成了一个完美的平衡,使核聚变一直持续下去,这就是太阳的主序星状态,这个状态还可以维持 50 亿年。

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【2】、来自网友【忒孤雅】的最佳回答:

太阳在燃烧,这个毫无疑问,但它的燃烧原理是怎样的并不是人人都懂。

在人们的日常生活中随处可见燃烧的东西。烧木柴烧煤烧液化气烧天然气,烧汽油烧柴油烧煤油烧酒精,烧桌子烧板凳烧车子烧房子。不管这些燃烧是有益还是有害,它们都有一个共同的特点:化学反应,具体来说就是氧和碳遇热燃烧变成二氧化碳的过程。

化学反应是一种原子层面的反应,参与反应的各元素以核外电子层的化学键进行交换重组,形成与原来元素化学性质不同的新化合物。

太阳就不一样了,如果太阳是靠烧碳过日子的话,有人计算过,即便整个太阳全是一个大煤球,也只够燃烧几千年的,何况还必须再配备太阳那么大一个氧袋。太阳之所以燃烧了 50 亿年还是那么辉煌,就是因为它烧的不是碳而是氢。

呵呵烧氢?氢也是一种燃料哈?它和氧遇热同样可以燃烧,而且燃烧过后只产生水汽,不会污染环境,被认为是一种清洁燃料。莫非

太阳烧氢也是这种烧法?呸呸!

太阳烧氢只需要氢,其它任何东西都不要,而且效率惊人,1 公斤氢等同于 1 万吨优质煤。

哪来这等威力?就是因为烧法不同就有截然不同的效果,太阳上的烧法叫做核聚变反应,它是一种原子核层面的反应。

核反应和化学反应的不同之处就是参与反应的角色不同,它不是核外化学键起作用,而是原子核本身赤膊上阵。

原子核赤膊上阵了,一系列氢核(氘和氚)迎头相撞,聚合成氦核,同时释放出巨大的能量,轰轰烈烈的核聚变完成!

要形成这样的聚变可不是一件容易的事,它需要几百万摄氏度的超高温,并且一旦开始反应就非常难以控制。

我们的太阳就是靠燃烧氢原子核产生热核聚变反应,由氢原子聚变成氦原子,同时放出巨大的能量。

根据爱因斯坦质能变换方程,质量就是能量的一种存在方式,太阳每时每刻都在释放巨大的能量,同时也在不断地损失质量,正是这部分损失的质量变换成了巨大的能量。

严格说来一切能量都来源于质量损耗,核反应如此,化学反应同样如此。

质能转换的最高效率是正反物质相遇的湮灭反应,参与反应的所有正反物质瞬间 100%转换成能量。其次是核反应,最后才是化学反应。

【3】、来自网友【努巴尼足协理事】的最佳回答:

与大家想象的不同,按照现在的主流理论,太阳表面各种火焰状结构的形成机制,是磁重联,并不是核聚变。

给题主配一张图。宇宙中熊熊燃烧的火球,我们的太阳:

开始之前,先澄清一个问题。

有答主提到,太阳不是燃烧,因此这个问题根本就没有意义,也没有讨论的必要。

但事实上,将太阳类比成燃烧的火焰是有根据的。

原因至少有两个:

1.从物质构成上来说,火焰、核聚变和太阳大气有深刻的相似之处。

火焰本质上是一团电离气体。

在适当的条件下,可燃物发生氧化反应,氧化反应提供的能量使气体电离。电离气体中激发态电子向低能级跃迁,跃迁过程发出可见光,形成我们所看到的火焰。

太阳大气,也同样是一团电离气体。

从这个角度来说,太阳就是一团悬浮在宇宙中的超大的火焰,说太阳在燃烧,并没有什么不妥。

我们称这种电离气体状态为「等离子体态」。

常见的等离子体见下图:

其中,横纵坐标分别是物质密度和温度,从图中可以对这些物质的参数有一个直观的了解。

(右下角是人类可以生存的参数环境)

注意火焰、日冕[01]、磁约束聚变和太阳核心在图里的位置。

从图中可见,日冕跟火焰的密度相近,但是温度要高 4 个数量级,达到数百万度。

[01]

日冕,即太阳大气的最外层。太阳大气跟日冕的关系,做个不恰当的比喻的话,可以类比成,火焰和外焰之间的关系

2.从观测来说,太阳表面确实可以观测到大量的火焰状结构。

先普及一下太阳物理的背景知识。

太阳结构可以简单分为太阳内部和太阳大气两部分[02]。

[02]

这样划分是因为,太阳内部是不透明的。使用光学和射电手段观测太阳的话,只能看到太阳大气,看不到太阳内部。所以从观测上说,太阳内部和太阳大气是截然不同的。在不考虑日震学的情况下,太阳物理主要就是太阳大气物理。

其中,太阳大气从里到外,又被人们分为光球层、色球层和日冕三层。

光球层和色球层是很薄的[03],温度也比较低[04]。

日冕的厚度则可以达到好几个太阳半径,温度猛增至数百万度。

[03]

光球层:500 公里色球层:2000 公里

[04]

约 6000 度

光球层、色球层和日冕,其结构如下图所示

太阳大气中可以产生极为复杂和剧烈的现象。如延伸数十万公里,像拱门一样的日珥;相当于数百亿颗百万吨极氢弹爆炸的耀斑;对地球影响最大的日冕物质抛射等。更细致观测的话,还可以看到大量的针状物和微耀斑。

日面上的这些结构确实会给人一种“火焰”的直观印象。

那么,如何解答题主的疑问呢?

火焰的能量产生机制,我们知道是氧化反应。可是,宇宙中没有氧气,太阳大气是靠什么机制,来维持太阳表面火焰状结构的能量呢?

看到这个问题,大家的第一反应可能会觉得是核聚变。确实,太阳核心的核聚变,是太阳能够维持几十亿年发光发热的最终能量来源。

但是,具体到恒星表面火焰状结构的形成机制,则不可能跟核聚变产生关系。

光球和色球温度太低,根本不可能达到产生核聚变的温度;日冕温度虽高,但过于稀薄,甚至可以用无碰撞粒子模型来描述,更加不可能产生足够的轻核汇聚。

在太阳上,核聚变只能发生在高温高密度的太阳核心。

如下图所示,光子从太阳核心,传递到太阳表面,需要经过太阳内部的对流区和辐射区。

传递时间长达上百万年,无法直接影响太阳表面的活动。

如果不是核聚变的话,这些火焰状结构的本质究竟是什么?

我们的主角,磁重联出场了~

(有评论问到这个词的读法。重在这里读 chong,取磁场重新联接的意思)

我们往往倾向于忽视磁场的能量,这是合理的,因为我们在地球上所感受到的磁场实在太低调了╮(╯_╰)╭

每个人,每时每刻,都处在地球磁场中。

可对普通人来说,地磁场除了使指南针偏转、让高纬度偶尔出现一次极光之外,也就没有其他的影响了。

原因呢,很简单,除了地磁场本身的强度比较弱之外,更重要的是,地球上的物质绝大部分都处于电中性状态,无法被磁场影响。

太阳表面的物质处于高电导率等离子体状态,受

磁冻结效应

的支配。

这里的“冻结”不是温度低的意思,通俗的讲,是说磁感线跟物质冻结在一起,物质如何运动,磁感线就如何运动。

按照现有的理论,磁重联,是太阳表面所有高能现象的来源。

关注我,听我讲讲宇宙那些事儿

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