第五章 探秘太陽(1 / 3)

地球上的萬物都依賴太陽生存,太陽也是人類生命的源泉,太陽給地球帶來了生機。如果沒有太陽,地球上的萬物將會遭受滅頂之災,到時再也沒有白天黑夜,再也沒有春夏秋冬,所有的植物都會因為沒有光照而枯萎,所有的動物最終也會因為沒有食物而滅亡。當你每天看到太陽時,你有沒有想過太陽的結構是怎樣的?它還能存在多久?

· 解剖太陽 ·

太陽的結構可以分為內部結構和大氣結構兩大部分。

太陽的內部結構從裏往外又可以分為核心、輻射區、對流層三個部分,而大氣結構按照由裏往外的順序可分為光球、色球和日冕。

太陽的核心是產生核聚變的地方,是整個太陽的能量之源,所以這個地方溫度非常高,壓力也非常大。核心區的溫度有個特點,那就是與太陽中心的距離越遠,溫度越低。太陽的輻射層指的是從0.25個太陽半徑往外到0.86個太陽半徑的區域,占了太陽體積的一大半,太陽核心核聚變產生的能量是由輻射層往外傳輸的。輻射層外部就是對流層,由於溫差懸殊而引起對流,內部的熱量就通過對流的方式向外傳輸。

抬頭望去,太陽就是個模糊的圓麵,這就是太陽光球。之所以模糊,是因為光球是氣態的,而且其光線很刺眼。光球密度非常小,但是非常厚,所以我們看到的光球並不是透明的。光球大氣層並不像看起來的那麼穩定,如果用望遠鏡觀察的話,會看到光球表麵有許許多多的斑點狀結構,很不穩定。光球上有個很顯著的現象———太陽黑子。黑子是光球層上的大氣流旋渦。其實太陽黑子並不黑,相反是非常明亮的,之所以說它黑,是因為它的溫度相對較低,光球很明亮,因而顯得黑子比較黑。

太陽大氣中的第二層就是色球。色球也是非常耀眼的,有的地方會有明亮而寬大的斑塊,人們把它稱作耀斑。耀斑很亮,能發出相當高的能量,然而我們在平時卻看不到色球,因為地球大氣會分散光線。色球的溫度很不均勻,在與光球層頂接觸的部分為4500益左右,而最外圍則能達到幾萬度,溫差懸殊。色球磁場很不穩定,因而導致色球層屢屢動蕩。

日冕是太陽大氣的最外層,分為內冕、中冕和外冕。日冕發出的光比較弱,但是其溫度非常高,在高溫下,氫、氦等原子都會被電離成電粒子,電粒子的運動速度非常快,因而會有電子不斷地掙脫太陽的束縛,形成太陽風。

根據科學家的推算,太陽的壽命約為100億年,如今太陽大約度過了一半的時間,如果比作人的話,太陽目前正處在穩定而旺盛的中年期。等到了晚年,太陽的大部分氫就會轉化為氦,然後轉化為碳、氧,最後轉化為鐵。在這個過程中,其溫度會不斷升高,達到原先的10倍,這時,所有的物質都會成為氣體。

核聚合在爆炸時開始產生,到時太陽的直徑會擴大100多倍,從地球上看的話,整個天空幾乎被太陽鋪滿,那情景想想也是很可怖的。但是隨著其直徑增大,溫度反而會降低,表麵的顏色開始從白色變成紅色,就像紅巨星那樣。最後聚合成鐵時,由於所消耗的能量和產生的能量是相同的,所以沒有多餘的熱量來讓太陽保持現有的溫度,其溫度會逐漸降低,太陽開始收縮,而由於收縮,太陽中心會產生很強的壓力,直到太陽成為白矮星,然後會繼續冷卻收縮,成為黑矮星,太陽的壽命到此為止。

根據科學家推算,如果恒星有太陽質量的10倍,在聚合的過程中就會出現超新星爆炸現象,然後恒星會變為中子星;如果恒星質量是太陽質量的30倍,那麼超新星爆炸後,可能會形成一個黑洞。

雖然太陽不會形成黑洞,但是它會成為一個紅巨星,到時太陽傳輸到地球上的能量就會非常多,地麵的水就會被蒸發掉,海洋也會成為荒漠,而這對人類來說,就是世界末日。50億年的時間看起來非常漫長,但是為了人類的前途打算,仍然不得不小心應對,因而科學家們開始積極尋找能夠適合人類生存的另一個家園。

由於人類過度開采資源、砍伐樹木,使地球疲憊不堪,而且由於溫室效應,地球的溫度逐漸升高,照此下去,究竟是人類先消亡還是太陽先消亡就不得而知了。

· 太陽能量來源之謎 ·

誇父與日逐走,入日;渴,欲得飲,飲於河、渭,河、渭不足,北飲大澤。未至,道渴而死。棄其杖,化為鄧林。(《山海經·海外北經》)

誇父在逐日的過程中為什麼會死呢?因為太陽的能量非常高,誇父很渴,在找不到水源的情況下才渴死了。那麼,太陽的能量是從哪裏來的呢?

太陽給地球帶來了光和熱,讓地球不至於處在無盡的黑暗和冰冷中,地球大氣層表麵垂直於太陽光線的一平方厘米每分鍾接受的太陽能量約為8.24焦耳,而據科學家推算,地球接受的能量大約隻占太陽輻射總量的22億分之一。農家在做飯時,往往通過燒柴來獲取能量,柴火越多,能量越多,那麼太陽要產生那麼大的能量需要消耗多少物質呢?

1836年,有科學家根據觀測到的太陽數據進行推算,認為在近100年的時間裏,太陽的直徑縮小了約1000千米。也就是說,在100年的時間內,太陽為了發出能量大約縮小了0.1%。有人提出,太陽之所以能夠不斷地散發能量,就是因為太陽的體積足夠大,但是如果按照這個消耗速度算的話,太陽很明顯不能提供超過億年的能量,然而地球已經存在幾十億年,所以這種假說是不成立的。

關於能量的來源,科學家的猜測很多,比如,有的科學家根據流星現象來推算,流星運動快,動能非常高,要是落在太陽上,必然會產生相當多的能量。然而事實是,太陽要想持續發出那樣的能量,需要源源不斷的流星來支持,但哪有那麼多流星呢?即使有,要想落在太陽上也是需要一定條件的。

探尋太陽能量來源的道路仿佛被擋住了,科學家們久久未能再往前踏一步,直到20世紀30年代末,愛因斯坦相對論以及原子核物理的發展,將探尋太陽能量路上的阻礙清除,科學家們才得以繼續尋找太陽能量的來源。

愛因斯坦認為,質量和能量是可以相互轉化的。有科學家經過計算得出,大約四個氫原子核在高溫、高壓的情況下,會變成一個氦原子核。原子核都是帶電的,四個氫原子核要想聚合在一起,就要具備很高的速度、溫度,這樣才能克服靜電斥力,產生核聚變。氫原子核產生聚變所需要的溫度相對於太陽內部溫度來說低很多,因而氫原子核可以在太陽內部產生大量的核聚變。

由於核聚變反應是在太陽內部進行的,因而內部以外的氫原子幾乎沒有什麼作用,而按照太陽內部的氫原子來計算,大約能夠支持太陽在100億年中發散能量。我們知道,太陽是一顆典型的主序星,按照主序星的演化過程,太陽的演化可以分為五個階段,即主序星前階段、主序星階段、紅巨星階段、氦燃燒階段、白矮星階段。太陽目前正處在穩定的主序星階段,這一階段大概能夠持續50億年,所以說太陽內部的氫原子核聚變產生的能量足夠維持到太陽進入紅巨星階段。

當太陽內部的氫消耗完畢後,將會成為一個氦核。