太阳核聚变还是核裂变(原子弹核聚变还是核裂变)

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这是一个非常能迷惑人的话题,因为太阳发光发热的原理就是传说中人类不该拥有的、隐藏在原子核中的聚变能!威力最大的氢弹“沙皇炸弹”用的就是氚氘核聚变,1961年10月30日在新地岛,人类历史上最为耀眼的一道闪光闪过,似乎要撕裂宇宙,总重量达到27吨沙皇炸弹中大量核聚变装药中蕴含的核能瞬间释放出5800万吨TNT的能量,冲击波在短时间内横扫上数百千米半径内的一切!


太阳核聚变还是核裂变(原子弹核聚变还是核裂变)-第1张图片

这就是人类对氢弹威力的印象!事实上除了少数人以外,大多数朋友应该还是在纪录片中感受氢弹强大的威力!其实,我们头顶的太阳每时每刻都释放着数千万枚沙皇炸弹的威力,但除了咽炎夏日之外,似乎大家从来都没有感受过太阳那洪荒之力!太阳太温柔了,不是吗?这完全是因为太阳质量还不够大!


一、太阳的门槛


不是天上的每颗星都是太阳,这大家都明白,因为还有行星!其实每一个天体诞生时它们的目标就是太阳,但大家命运各不相同,比如太阳系中太阳占了99.86%的质量,满足了一颗黄矮星的所有条件,其他行星比如木星是整个太阳系所有行星质量的2.5倍,但它依然无法达到恒星的条件,而其他行星则靠边站了!


太阳核聚变还是核裂变(原子弹核聚变还是核裂变)-第2张图片

我们介绍太阳的门槛原因很简单,因为只有无限叠加的四种基本力中的引力才能给核聚变提供强大的引力坍缩能,高温引发太阳内核中的核聚变,也就是说,在太阳核聚变点燃之前,它已经被“十万大山”压的“喘不过气”来了!当聚变发生时,其强大的能量被牢牢的束缚在核心范围内,甚至只能通过辐射、对流与传导的方式慢慢传递至太阳表面!


太阳核聚变还是核裂变(原子弹核聚变还是核裂变)-第3张图片

因此在内核聚变的太阳,温顺的犹如一只绵羊?完全不会,整个太阳都被内核强大的能量加热至等离子状态,而内核与外壳之间自转周期不一,扭曲的磁场,会连接太阳表面不同的磁极区域,而破裂的瞬间释放出巨大的能量,大量的物质由以这种方式向宇宙中抛洒,这就是日冕物质抛射,轨道上的航天器最担心的就是这种空间气候,大量物质抛射会造成地球磁场波动,航天器受到高能带电粒子冲击,地球上中高纬度发生极光,电网受到波动磁场的感应电流冲击跳闸,所有这一切,都源自于太阳内核的,来自宇宙最为原始的力量!


太阳核聚变还是核裂变(原子弹核聚变还是核裂变)-第4张图片

二、引力能搞定一切?


太阳没有散架完全是因为引力,但引力却不是万能的,因为这个内核的能量总有一天会达到引力无法控制的程度!


1、氦闪


这是质量低于太阳2.2倍左右、但大于0.8倍太阳的所特有的一个过程!这是因为这个质量的恒星内核无法达到燃烧氢元素聚变后的氦元素燃烧温度,因此会在内核逐渐积累,但氢元素逐渐耗尽,最后聚变产生的能量不足以支撑外壳的引力坍缩时,恒星的表面第一次崩塌开始,大量的物质在引力作用下向中心坍缩,将会产生强大的引力坍缩能,点燃中心的氦元素,但在很短时间内氦元素即燃烧完毕,此时引力坍缩再也无法束缚强大的核聚变能量,将会引发太阳系历史第一次灾难,氦闪时代来临!《流浪地球》的情节就基于此,大量太阳高能物质的抛洒将是太阳系内所有木星轨道内行星的末日,比邻星在2016年8月的一次日冕物质抛射,科学家就认为比邻星的行星Proxima b上即使有生命也已经被彻底终结!


这是引力坍缩能再也无法控制核聚变能量的第一种,也是最温柔的一种!


2、爱丁顿极限


其实理解这个爱丁顿极限很简单,恒星越大,它的引力坍缩能所能达到的内核温度越高,那么其聚变就越剧烈,两者是一个此消彼长的拉锯过程,当恒星达到150倍太阳质量时,两者已经处在恐怖的平衡状态,此时恒星表面辐射导致恒星风极其强大,大量物质会随着聚变能量的释放被抛洒入太空!


大麦哲伦星系蜘蛛星云中的R136星团中心恒星-R136a1的质量达到了太阳的256倍,天文学家很难理解为什么会形成远超爱丁顿极限的恒星,认为它可能是两颗恒星合并而成!它强大的恒星风正让它大量丢失物质,其速度大约是太阳的9亿倍,形成以来大约有超过50个太阳质量的物质丢失!


这是引力坍缩能无法控制的核聚变第二种,恒星的本来面目开始显露!


3、超新星爆发


这是任何力量都无法控制的爆发!一般在8-10倍以上质量恒星的内核转变成铁核时,辐射能彻底消失,与氦闪爆发前类似,外壳将在没有辐射压支撑的条件下直接坍缩,与内核碰撞,产生宇宙中最为耀眼的爆发!


一次入门级别的超新星爆发的能量相当于太阳在整个主序星阶段所释放能量的总和!当然在这场拉锯战中引力仍然有所保留,因为真正的内核将会在引力的作用下坍缩为中子星,甚至黑洞,但外壳将永远失去,因为在超新星爆发中,大量的物质甚至会以10%的光速远离!


引力总会有所保留吗?未必!


还有一种超新星爆发,即Ia型超新星爆发,引力将输得连底裤都保不住!这是白矮星吞噬伴星物质后总质量超过1.44倍时的超新星爆发,此时白矮星将不会保留任何物质,将彻底炸散,成为行星中碳、氧、氮等铁以前多种元素的重要来源!


这是引力所无法控制的第三种,也是宇宙中最为剧烈的能量释放事件,引力坍缩是原因,但种下的因结出的果却不是自身所能控制


总结


至少在太阳上,引力暂时还占了上风,所以人类在引力的庇护下还能安稳再生活二十几亿年,但总有一天引力会失去它对大量太阳物质的控制,这就是红巨星时代,最后它大约会失去对30-40%太阳物质的控制,这是太阳的行星状星云(白矮星时代),至少在太阳上,引力还能有所保留,而且太阳也没有伴星,因此太阳这颗白矮星也不会超新星爆发!未来它将耗尽能量后成为黑矮星!


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