氫彈瞬間炸完！太陽(yáng)每秒消耗420萬(wàn)噸物質(zhì)，為何46億年都沒(méi)燒完？

當(dāng)氫彈引爆后，會(huì)瞬間釋放出巨大能量，這導(dǎo)致核彈在引爆后瞬間就炸沒(méi)了。同樣是依賴(lài)核聚變反應(yīng)釋放巨大能量，太陽(yáng)卻不會(huì)像氫彈那樣發(fā)生爆炸，瞬間炸完，而是已經(jīng)持續(xù)發(fā)光發(fā)熱了46億年之久。

在這46億年的歷史里，太陽(yáng)核心區(qū)域中的氫原子核不斷聚變?yōu)楹ぴ雍?，從而釋放出巨大的能量。早在上個(gè)世紀(jì)，科學(xué)家就知道聚變過(guò)程會(huì)發(fā)生質(zhì)量虧損，而這部分減少的質(zhì)量轉(zhuǎn)變成了能量。

太陽(yáng)核心區(qū)域的核聚變，每秒鐘會(huì)將多少物質(zhì)轉(zhuǎn)化成能量，這一數(shù)據(jù)可通過(guò)能量反推計(jì)算得出。

衛(wèi)星觀(guān)測(cè)顯示，在地球軌道處的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度約每平方米1361瓦。結(jié)合日地平均距離計(jì)算，可知太陽(yáng)向外輻射的總功率約3.828×102?瓦，即太陽(yáng)每秒大約會(huì)向太空輻射3.828×102?焦耳能量。再結(jié)合愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程，可知太陽(yáng)每秒虧損質(zhì)量約420萬(wàn)噸，即太陽(yáng)每秒鐘會(huì)消耗420萬(wàn)噸的物質(zhì)，這部分物質(zhì)轉(zhuǎn)變成了能量，所產(chǎn)生的能量相當(dāng)于100萬(wàn)億顆沙皇氫彈爆炸。

由于核聚變過(guò)程的質(zhì)能轉(zhuǎn)化率并不是100%，僅約0.7%。那也就是說(shuō)，太陽(yáng)聚變過(guò)程每秒鐘實(shí)際消耗的氫會(huì)遠(yuǎn)超420萬(wàn)噸。計(jì)算可知，太陽(yáng)內(nèi)部每秒?yún)⑴c核聚變反應(yīng)的氫大約有6×1011千克。

太陽(yáng)核燃料消耗巨大，那為什么核聚變之火卻能燃燒46億年之久？

這首先是因?yàn)檫@點(diǎn)消耗相較于太陽(yáng)那龐大的質(zhì)量而言，不過(guò)九牛一毛，這些物質(zhì)僅占其總質(zhì)量的極小部分！

太陽(yáng)的總質(zhì)量高達(dá)2×102?噸，相當(dāng)于33萬(wàn)個(gè)地球，其中73%是氫，25%是氦，其余2%是重元素。但并非所有氫都能參與聚變，只有約占太陽(yáng)半徑1/4的核心區(qū)域的氫，才有幾率發(fā)生聚變，而這部分可用氫約占太陽(yáng)總質(zhì)量的10%，即2×102?千克。

可即便如此，按照當(dāng)前的速率，太陽(yáng)核心的氫燃料也足夠支撐約100億年的穩(wěn)定燃燒。目前它僅燃燒了46億年，尚處中年，未來(lái)預(yù)計(jì)還將相對(duì)穩(wěn)定地燃燒約50億年。在這46億年的歷史中，太陽(yáng)實(shí)際上僅損失了100多個(gè)地球質(zhì)量的物質(zhì)，這僅占太陽(yáng)總質(zhì)量的0.03%左右。

另外，太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變反應(yīng)速率非常緩慢，這是太陽(yáng)能夠持續(xù)燃燒100億年的另一個(gè)重要原因。

其能在一秒鐘內(nèi)釋放出如此巨大的能量，主要是因?yàn)轶w量龐大，并不是因?yàn)楹朔磻?yīng)非常劇烈。在太陽(yáng)核心區(qū)域，那里的溫度高達(dá)1500萬(wàn)攝氏度，壓力是地球大氣壓的2000多億倍。這種高溫高壓環(huán)境雖然已經(jīng)非常極端，但僅能讓氫原子核有一定幾率克服庫(kù)侖斥力聚變?yōu)楹ぴ雍耍@使得其聚變反應(yīng)速率非常緩慢。而在地球上，可控氫核聚變需要上億度的高溫才能進(jìn)行。

任何能量的持續(xù)穩(wěn)定釋放，都需要約束機(jī)制。太陽(yáng)緩慢的核聚變能始終維持穩(wěn)定速率，是因?yàn)樗姆磻?yīng)被自身巨大質(zhì)量產(chǎn)生的引力牢牢約束，引力帶來(lái)的向內(nèi)收縮壓力，維系著聚變所需的溫度和壓力，同時(shí)核聚變產(chǎn)生的向外輻射壓力又使內(nèi)核不會(huì)過(guò)度收縮，這兩個(gè)力形成了動(dòng)態(tài)平衡。總之，太陽(yáng)實(shí)際上就是一個(gè)天然的、自我穩(wěn)定的核聚變反應(yīng)堆。

而氫彈等核彈的核反應(yīng)過(guò)程是一次性的、失控的，且參與反應(yīng)的核燃料數(shù)量極其有限，因此一旦反應(yīng)開(kāi)始，就算聚變效率不高，瞬間釋放出的巨大能量也會(huì)導(dǎo)致猛烈爆炸，最終氫彈一瞬間就炸完了。

理解了太陽(yáng)的運(yùn)行機(jī)制，我們也就能預(yù)判它的未來(lái)。當(dāng)太陽(yáng)核心的氫燃料在50億年后耗盡，引力與聚變的平衡便會(huì)被打破，太陽(yáng)將進(jìn)入紅巨星階段。屆時(shí)核心收縮升溫，將引發(fā)氦聚變，這種比氫聚變更為劇烈的反應(yīng)將導(dǎo)致外層物質(zhì)不斷膨脹。且這個(gè)過(guò)程伴隨著數(shù)次短暫且劇烈的“氦閃”，還會(huì)加劇膨脹。

可即便如此，太陽(yáng)也不會(huì)爆炸。太陽(yáng)在紅巨星階段會(huì)持續(xù)約10億年，半徑最終可能會(huì)擴(kuò)大到現(xiàn)在的200多倍，吞噬水星、金星，甚至地球。最后，太陽(yáng)外層物質(zhì)會(huì)以行星狀星云的形式擴(kuò)散到宇宙中，核心則會(huì)坍縮成一顆白矮星，在數(shù)萬(wàn)億年內(nèi)緩慢冷卻。