从太阳降生到如今的46亿年,太阳不断在“燃烧”,那么太阳被利用了几?
太阳被操纵了几的问题实的是一个十分有趣的问题,假设我们深进研究,那也是一个十分难答复的问题。接下来,我们能够通过简单的计算来估量太阳消耗了几能量。
起首,我们需要晓得太阳辐射功率,即太阳每秒释放的能量。那个参数也称为太阳光度。据估量,太阳辐射功率约为3.846×10^26瓦。
那个浩荡的数字意味着太阳内部有一个强大的能源,需要消耗大量的物量。
以前,人们不晓得太阳是若何照射和加热的。20世纪初,爱因斯坦从狭义相对论推导出量能方程后,人们逐步领会了那种能源背后的机造——氢核聚变。当较轻的氢原子连系产生较重的氦原子时,一部门量量将在那个过程中缺失,从而释放出浩荡的能量。那个过程只能发作在太阳的中心区域,因为只要那里的温度和压力才足以使核聚变反响发作。
在恒星内部,氢原子核将以两种体例合成成氦原子核。关于像太阳如许的中低量量恒星,氢核聚变的次要机造是量子-量子链反响(另一种机造是碳、氮和氧轮回)。然而,即便是量子-量子链反响也有许多类型。假设我们漠视那些反响的细节,在量子-量子链反响的整个过程中,四个氢原子核(量子)连系构成一个氦原子核。
假设我们利用数学计算,反响物和产品的总量量将是差别的,而不是守旧的。
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四个氢原子核的量量为6.690×10^-27kg,而氦原子核的重量为6.644×10^-29kg,两者之间的量量差为Δm=4.624×10^-29kg。根据量能方程:E=ΔMc^2,量量和能量是等价的,能够互换,因而核聚变中缺失的量量将转化为能量。将那个量量差代进爱因斯坦方程,你会得到E=4.162×10^-12焦耳的能量,那是每个量子-量子链反响释放的能量。
连系太阳的辐射功率,即每秒释放的能量,能够计算出太阳每秒会发作9.242×10^37量子-量子链反响。因为每个核聚变反响城市缺失不异的量量,因而量量缺失率将通过将两者相乘来获得,因而太阳每秒消耗的量量为4.27×10^9千克,即427万吨。那似乎是一个十分大的数据,但它必定只是与人类原则比拟较,假设太阳的总量量为2×10至30千克(2000亿吨)只是一小部门。
上面,我们计算了太阳每秒消耗的量量,根据太阳的年龄,我们能够计算太阳。太阳已经构成了46亿年。将那一时间乘以量量缺失率,太阳的总量量缺失值为6.20×10^26千克。同样,虽然那相当于100个地球的量量,但它仅为太阳总量量的千分之三,即0.03%。
因为上述计算对核聚变反响过程的过度简化,缺失的量量可能被低估。为了获得从氢到氦的转化,在此之前必需停止许多其他反响。如许的反响也会缺失量量,从而产生能量。整个过程不包罗在计算中。此外,太阳风也会失往一些量量。但总的来说,在过往46亿年中“燃烧”的太阳量量只是太阳总量量的一小部门。根据那个速度,太阳能核心的氢燃料仍然能够“燃烧”50亿年。
待续......
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