太陽(yáng)系是我們所在的星系,它的誕生已經(jīng)有50億年的歷史了。在50億年前,太陽(yáng)系處于一片混亂狀態(tài),隨著太陽(yáng)的誕生,它吸收了周圍大量的物質(zhì),使得太陽(yáng)的質(zhì)量占到了太陽(yáng)系總質(zhì)量的百分之99.86,而其它物質(zhì)的總質(zhì)量只有百分之0.14。這表明太陽(yáng)的質(zhì)量非常大,而且它并不是宇宙中第一批誕生的恒星。在太陽(yáng)系中存在大量的重元素,這些重元素只能是由一顆大質(zhì)量恒星死亡后形成的,而這恰恰說(shuō)明了宇宙中誕生的第一批恒星的質(zhì)量都很大。
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我們的太陽(yáng)是一顆普通的恒星,它的壽命約為100億年。目前為止,太陽(yáng)已經(jīng)燃燒了50億年,還剩下50億年的壽命。那么為什么太陽(yáng)能夠燃燒這么長(zhǎng)時(shí)間呢?這個(gè)問(wèn)題人類在19世紀(jì)就開(kāi)始研究了。當(dāng)時(shí)的科學(xué)家認(rèn)為,太陽(yáng)只有兩種產(chǎn)生能量的方式,要么是通過(guò)收縮產(chǎn)生光和熱,即向中心收縮,同時(shí)釋放出能量,因此體積會(huì)逐漸縮;要么像火柴一樣燃燒。在這兩種推測(cè)的基礎(chǔ)上,當(dāng)時(shí)的科學(xué)家對(duì)太陽(yáng)的壽命進(jìn)行了測(cè)算,但是計(jì)算出來(lái)的年齡和實(shí)際年齡的出入很大。
直到愛(ài)因斯坦提出了著名的質(zhì)能方程E=mc^2,證實(shí)了任何有質(zhì)量的物體都有相對(duì)應(yīng)的能量。在1920年的時(shí)候,英國(guó)科學(xué)家提出,太陽(yáng)其實(shí)就是將質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量來(lái)進(jìn)行燃燒的。根據(jù)科學(xué)家的研究得出,太陽(yáng)內(nèi)部通過(guò)核聚變反應(yīng),已經(jīng)燃燒了6*10^26噸質(zhì)量。這相當(dāng)于消耗了10個(gè)地球的質(zhì)量,但對(duì)于太陽(yáng)來(lái)說(shuō)微不足道,因?yàn)樘?yáng)的質(zhì)量很大,目前消耗掉的能量只有它質(zhì)量的百分之0.03。
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核聚變是一種物理變化,而普通的燃燒是化學(xué)變化,所以兩者在本質(zhì)上存在很大的區(qū)別。核聚變反應(yīng)指的是在一定條件下(高溫和高壓狀態(tài)下)原子核相互發(fā)生碰撞產(chǎn)生的。這些原子核發(fā)生碰撞的過(guò)程中,會(huì)生成新的更重的原子核,并因?yàn)橘|(zhì)量虧損釋放出巨大的能量。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),核聚變反應(yīng)不需要氧氣也能夠產(chǎn)生,只要處于高壓或者高溫狀態(tài)下就能夠發(fā)生變化。在太陽(yáng)的內(nèi)部中心溫度高達(dá)1500萬(wàn)攝氏度,是一個(gè)集高溫、高壓、高密度的區(qū)域。在這個(gè)核心部位,太陽(yáng)通過(guò)氫核聚變反應(yīng)變成氦元素,并釋放出巨大的能量。
一般情況下,4個(gè)氫原子核聚變成一個(gè)氦原子核,其質(zhì)量會(huì)虧損0.0276個(gè)單位,相當(dāng)于1克氫會(huì)虧損0.0069個(gè)單位,這個(gè)虧損的質(zhì)量會(huì)轉(zhuǎn)化為能量釋放出來(lái)。這個(gè)能量是以光子的形式被釋放出來(lái)的,形成了太陽(yáng)的光和熱。這個(gè)過(guò)程中,太陽(yáng)每秒鐘會(huì)釋放出約3.8×10^26焦耳的能量,相當(dāng)于每秒鐘釋放出能量的總量約為太陽(yáng)質(zhì)量的4.26百萬(wàn)倍。
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在太陽(yáng)的內(nèi)部,氫原子核聚變反應(yīng)是持續(xù)進(jìn)行的,這個(gè)過(guò)程會(huì)不斷釋放出能量,使太陽(yáng)能夠持續(xù)燃燒。然而,太陽(yáng)的燃料并不是無(wú)限的,隨著氫元素被轉(zhuǎn)化為氦元素,太陽(yáng)的核心會(huì)變得越來(lái)越小,同時(shí)太陽(yáng)的溫度和壓力也會(huì)隨之增加,這會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)外層的物質(zhì)膨脹,并形成一個(gè)巨大的氣體層,我們稱之為太陽(yáng)的大氣層。在這個(gè)大氣層中,太陽(yáng)表面的溫度約為5800K,它釋放出的能量主要以光和熱的形式被傳遞到太陽(yáng)系中的其他行星和天體上。
太陽(yáng)的能量來(lái)自于核聚變反應(yīng),這個(gè)過(guò)程會(huì)持續(xù)進(jìn)行,使得太陽(yáng)能夠持續(xù)燃燒。太陽(yáng)系中的行星和天體都受到太陽(yáng)的引力影響,而太陽(yáng)也在它們的引力作用下保持著平衡。太陽(yáng)系是宇宙中一個(gè)非常普通的星系,它的誕生和演化過(guò)程為我們研究宇宙的起源和發(fā)展提供了重要的線索。