对于这个问题,自古以来人们就进行了种种猜测。最直观的解释当然认为太阳就是一个燃烧的大煤球。但是,像太阳那么大的煤球要是一直燃烧,最多只够烧3000多年。实际上,有文字记载的人类历史也超过5000年了,这种矛盾显然是没法解释的。
也有人提出,太阳的能量来自陨星的撞击,把动能转化成热和光。但是,陨星的积累会使得太阳的质量增加,引力逐渐增强,地球的公转就会因此而变快。如果太阳的能量真的来自陨星撞击,将会造成地球上每一年比前一年缩短一两秒钟。可是实际上并没有发生这样的`情况。
1854年,俄国科学家亥姆霍兹提出,太阳的能量来自其自身物质在引力作用下的收缩,把动能转换为热能。但计算表明,这样收缩产生的能量也只够太阳发光3000万年。
20世纪以来,随着原子物理学的发展,人们最终解决了太阳能源的问题。爱因斯坦发现了物体质量与能量的关系,那就是著名的质能方程E=mc。根据这个关系,一点点质量就可转化为数值十分巨大的能量。
例如,1克物质如果全部转变成能量,就相当于1万吨煤全部燃烧所放出的热量。
太阳的组成成分中71%是氢,26%是氦,还有少量其他元素。在太阳内部极端高温和极端高压(约2500亿标准大气压)的条件下,氢原子会发生热核反应,具体而言包括“质子—质子链反应”(pp链)和“碳氮氧循环”(CNO循环)两种过程,但是最终的净效果都是4个氢原子核聚合成1个氦原子核。在这个物质转变的过程中,有一小部分质量会损失,然而正是这一小部分“丢失”的质量转化为巨大的能量了。这个产能原理类似于地面上的氢弹爆炸。
太阳每秒要消耗6.3亿吨氢,其中损失的420万吨质量会变成3.8×1026焦能量,相当于爆炸100亿颗百万吨级的氢弹。因此,我们可以形象地说,正是太阳核心区域持续不断地发生无数的大规模“氢弹爆炸”,为太阳提供了源源不断的能量,为我们带来长久的温暖和光明。
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