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再谈太阳,蕴含和发出的能量不是一码事,欢迎一起来弄清楚

时间:2022-07-05 23:52:19 来源:科普之家 作者:时空通讯 栏目:百科 阅读:16

太阳的能量是一个模糊概念,可以从两个方面来理解:一是太阳总体蕴含的能量,二是太阳正在发出的能量。这实际上是两个不同概念,下面我们一起来弄弄清楚。

首先我们要弄清什么叫能量,其怎么度量。很多人动辄拿能量说事,但又根本弄不清能量到底是什么,只有一个模模糊糊的概念,觉得能量大概就是火、热、电等等,由此对于太阳粗陋的了解,认为太阳是一个熊熊燃烧的大火球,能量很大。

但太阳的能量到底有多大,怎么来度量呢?绝大多数人都是一头雾水,懵里懵懂闹不清,不知道从何说起。其实在物理学中,能量早已经有严谨的定义了,这就是:能量是质量的时空分布可能变化程度的度量,用来物理系统用来做功的内在能力。

但这个能量怎么来衡量呢?爱因斯坦在狭义相对论中揭示了质量与能量的数量关系,这个质能方程为:E=MC^2。这个方程明确了质量和能量的等价互换关系,通俗的说,任何物质所蕴含的能量都是与其质量相等的,不管物质的性质和形态如何,相等质量的物质,都蕴含着相同的能量。

这样,太阳的总能量就与它的质量相联系。太阳质量为1.9891x10^30kg,根据爱因斯坦质能方程,其质量全部转化为能量总量可达

1.79x10^47J(焦耳)。但任何物质在一般条件下,都无法全部转化为能量,只有在与反物质湮灭的情况下,才会将物质的全部能量转化出来。因此太阳除非遇到一个反太阳,否则这些能量是永远也转化不出来的。

实际上,太阳现在的能量是以核聚变的方式在释放,而一般网友们要了解的太阳能量也就是这个能量,而非它全部蕴含的能量。太阳核聚变辐射的能量虽然很大,但与这其本身蕴含的全部能量相比,当然无法同日而语,相差了几十个数量级。

太阳核聚变辐射的总能量。现代天文物理学研究认为,像太阳这样质量的恒星,属于黄矮星范畴,其中心温度约1500万K,大气压强相当地球海平面的3000亿倍。主要是在这样的压强下,加上高温,其核心区域的氢原子无法保持“悠闲”的原样,核外电子被驱逐脱离原子核成为自由电子,裸露的原子核被挤压在一起发生了核融合,这就是我们常称的核聚变。

核聚变是轻原子核融合成为更重原子核的过程,在这个过程中,有0.7%的质量无法聚变成重核,而全部转化为能量。这样,太阳中心每秒钟有6亿吨的氢核聚变成5.958亿吨的氦,就有420万吨的质量转化为能量,根据质能方程计算,这些能量有3.78x10^26J。

地球能够分配到的太阳能量总量。太阳核聚变的能量以电磁辐射的方式从中心传递到表面,辐射到太空。这个能量有多大呢?我们现在形象的比喻一下。电力是以kw/h为单位的,1kw/h也就是1度电相当3600000J/s(焦耳/秒),也就是说太阳每秒钟辐射的能量相当于1.05x10^20kw/h,也就是1.05万亿亿度电。

我们地球在距离太阳1.5亿千米的轨道,接收到的太阳辐射相当其辐射总能量的22亿分之一,就是约1.72x10^17J,相当478亿度电,相当于1000多万座三峡大坝发电总量。每吨炸药的能量约合4184000000J,因此地球接收到的太阳能量约相当于每秒钟4111万吨炸药爆炸能量,也就是3100多枚广岛原子弹同时爆炸威力。

太阳能量还能够释放多少年?前面说了,太阳蕴含的总能量达到1.79x10^47J,现在太阳每秒钟释放的能量为3.78x10^26J,因此如果按这个速度消耗下去,太阳能量可以消耗15万亿年。但是恒星核聚变只是把核心区域的氢消耗殆尽后,就会寿终正寝,太阳这种稳定消耗还有50亿年,就会成为一个红巨星,最终太阳外围气体消散到太空,中心留下一颗致密的白矮星。

这既是太阳的最终宿命,其大部分质量并没有转化为能量,而是回到太空,成为新的再生分子云,等待时机,再次在万有引力作用下,聚集收缩成为新的恒星。

就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。

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