太陽的能量從哪裏來(2 / 3)

科學家對現有的一些理論的來龍去脈進行了詳細檢查,發現這些理論確實值得懷疑。

有人認為目前人們對太陽的結構和物質狀態的認識,並不是無懈可擊。目前人們對太陽內部的一些認識,主要是利用外部太陽大氣的一些數據,用理論方法計算出來的。如果修正—下人們原有的認識,修改一下標準太陽模型;如果假定太陽內部的重元素比我們原來想象的少一些,太陽內部有一個數值達10萬萬高斯的強磁場,太陽內部的自轉比外部快得多,那麼算出來的太陽內部的溫度要比原來計算的偏低一些,這樣計算出來的太陽中微子的理論值就大大減少,跟觀測值相近。甚至有人認為原先的太陽產生能量的理論完全不對,太陽內部進行著另一種方式的核反應,那種新的核反應所產生的中微子並不多。

還有一些人認為中微子失蹤的原因是太陽能量的產生時而劇烈,時而平靜。中微子從太陽到地球隻要幾分鍾,它告訴我們的是幾分鍾前太陽內部的情況;而太陽輻射能量是經過幾千萬年從太陽內部傳到表麵的,所以太陽輻射告訴我們的是幾千萬年前太陽內部的情況。他們認為目前太陽能量的產生正處在平靜階段,太陽中微子並不多。可是我們關於中微子數量的計算,是根據幾千萬年前從太陽內部出來到達太陽外部的情況來計算的,而幾千萬年前正當太陽能量的產生處於劇烈時期。這樣算出來的中微子數量當然跟目前產生的數量大不一樣了。

另一些人卻懷疑人們對中微子的一些現有的認識。他們認為,中微子並不是人們所想象的不跟其他物質打交道。它從太陽中心出來,穿過太陽大氣,經過日地空間的時候,可能發生了衰變,變成其他粒子,因而我們找不到它。

上麵3種看法對天文學家和原子物理學家都是一個挑。戰。要麼讓天文學家去思考,怎樣修改標準的太陽理論模型;要麼讓原子物理學家去思考,檢查一下核反應理論有沒有差錯。現在人們還不能輕易地下結論;不能肯定誰是誰非。因而太陽中微子失蹤一案,在科學上還是個謎。

科學上矛盾的發現往往是科學發展的起點。科學上的難點促使人們去思考,去探索,應當說是一件大好事。太陽中微子之謎一旦被人們揭開,人們就會拋棄一些陳舊的觀點,引導出嶄新的理論。

太陽不過是一顆平凡的恒星,天上千千萬萬顆恒星都是中微子發射源。一些超新星以及演化到晚期的恒星也都是強大的中微子發射源。而中微子是人們研究天體結構、能量平衡、演化途徑的必不可少的助手,因而解開太陽中微子之謎具有十分廣泛的意義。雖然要解開太陽中微子失蹤之謎還需要一段時間,需要付出辛勤的勞動,但是人們仍然十分重視它。目前,已經形成天文學的一個新分支——中微子天文學。我們相信,中微子天文學今後將獲得豐富的成果。

太陽能的源泉

光輝燦爛的太陽,一刻不停地發射著極大的能量。太陽輻射的總額是38×1026焦耳/秒,或121×1034焦耳/年。太陽的壽命長達幾十億年,在它的“一生”中要貢獻出何等浩大的能量啊!1克優質煤完全燒掉,隻能放出836千焦的熱。如果整個太陽是一大團煤球,它按目前的功率發射能量,那麼不到1500年,太陽就燒得精光了。太陽的能量是如何產生的?這是太陽物理學的一個重大問題。

太陽能源探索經曆了一個漫長的途程。曾經提出過流星學說,即大量流星墜落到太陽上,由摩擦生熱而燃燒。但是計算表明,這樣得到的能量太少了。這個說法很早已被揚棄。後來又有人提出收縮學說,即太陽不斷在縮小,位能減少,熱能增加。假定太陽本來至少有現在太陽係那樣大,那麼由收縮而釋放能量,頂多隻能維持5千萬年。這比起由地質和古生物探索得出的地球年齡還小100倍。此外,用天然放射性來說明太陽能源,也以失敗而告終。

一直到相對論問世後,這一難題才得到比較可靠的解決。根據相對理論,通過原子核反應,質量可能轉化為能量。按照愛因斯坦的公式:能量E=mc2,m表示質量,c表示光速。由此公式不難算出,一克質量可以變成9×1013焦耳的能量,這相當於1萬噸煤全部燃燒所放出的熱量。既然太陽是一個擁有2×1033克質量的龐然大物,它可以算是取之難盡,用之不竭的能源了。

在什麼場合下,質量才能變成為能量呢?要說明這個問題,讓我們作一點曆史回顧。早在1895年,法國物理學家貝克勒耳發現了鈾(U)的放射性。鈾礦石發出的輻射可以穿透紙張和金屬片,並使照相底片感光。後來居裏夫婦經過繁重的實驗和辛勤的探索,發現了釙(Po)、鐳(na)等放射性元素。它們在不斷蛻變的過程中發射出能量和粒子流。例如鐳放出。射線(即氦原子核)、射線(即電子)和射線(與X射線相似,是波長更短的輻射)。這些蛻變都是自然而然地進行的,人們既不能阻止它,也無法促進它。但到了20世紀上半期,物理學工作者實驗室裏用加速器等工具實現人工的核反應。通過核反應,可以使一種物質轉變成另一種物質,並獲得大量的能量。在一定意義上說,中世紀煉金術土夢寐以求的“點石成金”終於實現了。人類開始掌握原子核能,並建立了一整套核反應的理論。

在30年代末期,科學家才明確認識到有兩種核反應可以解釋太陽的能源。一種是所謂的“碳-氮循環”。它包括6個步驟,周而複始地循環進行。經過一整套六步反應,碳和氮的總量都不變,真正受到損耗的隻是氫。好在太陽上氫原子多極了,足夠長期維持這種核反應。還有一種是“質子—質子循環”。