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第五章 探秘太阳(1 / 3)

地球上的万物都依赖太阳生存,太阳也是人类生命的源泉,太阳给地球带来了生机。如果没有太阳,地球上的万物将会遭受灭顶之灾,到时再也没有白天黑夜,再也没有春夏秋冬,所有的植物都会因为没有光照而枯萎,所有的动物最终也会因为没有食物而灭亡。当你每天看到太阳时,你有没有想过太阳的结构是怎样的?它还能存在多久?

· 解剖太阳 ·

太阳的结构可以分为内部结构和大气结构两大部分。

太阳的内部结构从里往外又可以分为核心、辐射区、对流层三个部分,而大气结构按照由里往外的顺序可分为光球、色球和日冕。

太阳的核心是产生核聚变的地方,是整个太阳的能量之源,所以这个地方温度非常高,压力也非常大。核心区的温度有个特点,那就是与太阳中心的距离越远,温度越低。太阳的辐射层指的是从0.25个太阳半径往外到0.86个太阳半径的区域,占了太阳体积的一大半,太阳核心核聚变产生的能量是由辐射层往外传输的。辐射层外部就是对流层,由于温差悬殊而引起对流,内部的热量就通过对流的方式向外传输。

抬头望去,太阳就是个模糊的圆面,这就是太阳光球。之所以模糊,是因为光球是气态的,而且其光线很刺眼。光球密度非常小,但是非常厚,所以我们看到的光球并不是透明的。光球大气层并不像看起来的那么稳定,如果用望远镜观察的话,会看到光球表面有许许多多的斑点状结构,很不稳定。光球上有个很显著的现象———太阳黑子。黑子是光球层上的大气流旋涡。其实太阳黑子并不黑,相反是非常明亮的,之所以说它黑,是因为它的温度相对较低,光球很明亮,因而显得黑子比较黑。

太阳大气中的第二层就是色球。色球也是非常耀眼的,有的地方会有明亮而宽大的斑块,人们把它称作耀斑。耀斑很亮,能发出相当高的能量,然而我们在平时却看不到色球,因为地球大气会分散光线。色球的温度很不均匀,在与光球层顶接触的部分为4500益左右,而最外围则能达到几万度,温差悬殊。色球磁场很不稳定,因而导致色球层屡屡动荡。

日冕是太阳大气的最外层,分为内冕、中冕和外冕。日冕发出的光比较弱,但是其温度非常高,在高温下,氢、氦等原子都会被电离成电粒子,电粒子的运动速度非常快,因而会有电子不断地挣脱太阳的束缚,形成太阳风。

根据科学家的推算,太阳的寿命约为100亿年,如今太阳大约度过了一半的时间,如果比作人的话,太阳目前正处在稳定而旺盛的中年期。等到了晚年,太阳的大部分氢就会转化为氦,然后转化为碳、氧,最后转化为铁。在这个过程中,其温度会不断升高,达到原先的10倍,这时,所有的物质都会成为气体。

核聚合在爆炸时开始产生,到时太阳的直径会扩大100多倍,从地球上看的话,整个天空几乎被太阳铺满,那情景想想也是很可怖的。但是随着其直径增大,温度反而会降低,表面的颜色开始从白色变成红色,就像红巨星那样。最后聚合成铁时,由于所消耗的能量和产生的能量是相同的,所以没有多余的热量来让太阳保持现有的温度,其温度会逐渐降低,太阳开始收缩,而由于收缩,太阳中心会产生很强的压力,直到太阳成为白矮星,然后会继续冷却收缩,成为黑矮星,太阳的寿命到此为止。

根据科学家推算,如果恒星有太阳质量的10倍,在聚合的过程中就会出现超新星爆炸现象,然后恒星会变为中子星;如果恒星质量是太阳质量的30倍,那么超新星爆炸后,可能会形成一个黑洞。

虽然太阳不会形成黑洞,但是它会成为一个红巨星,到时太阳传输到地球上的能量就会非常多,地面的水就会被蒸发掉,海洋也会成为荒漠,而这对人类来说,就是世界末日。50亿年的时间看起来非常漫长,但是为了人类的前途打算,仍然不得不小心应对,因而科学家们开始积极寻找能够适合人类生存的另一个家园。

由于人类过度开采资源、砍伐树木,使地球疲惫不堪,而且由于温室效应,地球的温度逐渐升高,照此下去,究竟是人类先消亡还是太阳先消亡就不得而知了。

· 太阳能量来源之谜 ·

夸父与日逐走,入日;渴,欲得饮,饮于河、渭,河、渭不足,北饮大泽。未至,道渴而死。弃其杖,化为邓林。(《山海经·海外北经》)

夸父在逐日的过程中为什么会死呢?因为太阳的能量非常高,夸父很渴,在找不到水源的情况下才渴死了。那么,太阳的能量是从哪里来的呢?

太阳给地球带来了光和热,让地球不至于处在无尽的黑暗和冰冷中,地球大气层表面垂直于太阳光线的一平方厘米每分钟接受的太阳能量约为8.24焦耳,而据科学家推算,地球接受的能量大约只占太阳辐射总量的22亿分之一。农家在做饭时,往往通过烧柴来获取能量,柴火越多,能量越多,那么太阳要产生那么大的能量需要消耗多少物质呢?

1836年,有科学家根据观测到的太阳数据进行推算,认为在近100年的时间里,太阳的直径缩小了约1000千米。也就是说,在100年的时间内,太阳为了发出能量大约缩小了0.1%。有人提出,太阳之所以能够不断地散发能量,就是因为太阳的体积足够大,但是如果按照这个消耗速度算的话,太阳很明显不能提供超过亿年的能量,然而地球已经存在几十亿年,所以这种假说是不成立的。

关于能量的来源,科学家的猜测很多,比如,有的科学家根据流星现象来推算,流星运动快,动能非常高,要是落在太阳上,必然会产生相当多的能量。然而事实是,太阳要想持续发出那样的能量,需要源源不断的流星来支持,但哪有那么多流星呢?即使有,要想落在太阳上也是需要一定条件的。

探寻太阳能量来源的道路仿佛被挡住了,科学家们久久未能再往前踏一步,直到20世纪30年代末,爱因斯坦相对论以及原子核物理的发展,将探寻太阳能量路上的阻碍清除,科学家们才得以继续寻找太阳能量的来源。

爱因斯坦认为,质量和能量是可以相互转化的。有科学家经过计算得出,大约四个氢原子核在高温、高压的情况下,会变成一个氦原子核。原子核都是带电的,四个氢原子核要想聚合在一起,就要具备很高的速度、温度,这样才能克服静电斥力,产生核聚变。氢原子核产生聚变所需要的温度相对于太阳内部温度来说低很多,因而氢原子核可以在太阳内部产生大量的核聚变。

由于核聚变反应是在太阳内部进行的,因而内部以外的氢原子几乎没有什么作用,而按照太阳内部的氢原子来计算,大约能够支持太阳在100亿年中发散能量。我们知道,太阳是一颗典型的主序星,按照主序星的演化过程,太阳的演化可以分为五个阶段,即主序星前阶段、主序星阶段、红巨星阶段、氦燃烧阶段、白矮星阶段。太阳目前正处在稳定的主序星阶段,这一阶段大概能够持续50亿年,所以说太阳内部的氢原子核聚变产生的能量足够维持到太阳进入红巨星阶段。

当太阳内部的氢消耗完毕后,将会成为一个氦核。