科普知识：太阳会发光的原因

科普知识：太阳会发光的原因 【太阳会发光的原因】 天文学家以前设想过种种可能的来源。一个简单的想法是，太阳是一个正在燃烧的大煤球。但是仔细计算一下，像太阳那么大(比地球大130万倍)的煤球，要一直燃烧下来，也只能够烧3000多年。因为我们人类的历史有几十万年，有文字记载的文明历史也有5000多年了。太阳的“年龄”不可能比人类历史短。更何况，要是煤球，越烧越小，太阳光会很快变得越来越暗弱了。但实际上，经过近百年来的实测，太阳光度并没有什么变化。所以，煤球燃烧的想法，肯定是不对的。 20世纪来，随着原子物理学的发展，人们才解决了太阳能源问题。科学家爱因斯坦发现了物体质量与能量的关系。只要有一点点质量转化为能量，其数值就十分巨大。例如1克物质相对应的能量，这相当于1万吨煤全部燃烧所放出的热量。 对于原子能的研究，使人们想到，太阳的能源可能就是原子能。观测、实验证实了这种想法。 原来，太阳主要由氢组成，在太阳内部高温高压的条件下，氢原子会发生“热核反应”，由4个氢原子核合成为1个氦原子核。在这个反应中，有一部分质量转化为能量，放出大量的热量。太阳内部的热核反应，类似于地面上的氢弹爆炸。正因为在太阳核心区持续地发生无数的“氢弹爆炸”过程，所以源源持续地供应了太阳辐射出的光和热。 以当前已知最快速度光速来计算，光绕太阳赤道一周仅需时14.5秒。而环绕这颗恒星的赤道一周需时25000秒以上，足以容纳45亿个太阳。盾牌座UY会以一个很快的速度将大量物质喷发进太空，并于其周围形成云气。这颗恒星几乎完全被这些尘埃和气体所遮蔽。因为这些尘埃和气体的透明度并不高，妨碍测量，加上现代科技的限制，天文学家们至今仍未能确认其具体大小。 宇宙是所有时间、空间、物质的总合，是我们这个世界上的整体，也是物理学家和天文学家的研究对象，我们究竞在宇宙中的渺小到什么样的水准呢?一直以来很难说清。不过如果对比一下当前已知的星球，或许能有些概念。 盾牌座UY，是一颗位于盾牌座的红色超巨星。这颗恒星是人生已知体积的恒星，超越过往被认为体积恒星的大犬座VY。盾牌座UY是一颗红超巨星，即使体积非常大，但其质量仅仅约为太阳质量的32倍。即约为地球质量的1000倍。这颗恒星不但其体积巨大，其亮度也非常高。其亮度为太阳的34万倍，是光亮的恒星之一。 【太阳的演化过程】 太阳是在大约45.7亿年前在一个坍缩的氢分子云内形成。太阳形成的时间以两种方法测量：太阳当前在主序带上的年龄，使用恒星演化和太初核合成的电脑模型确认，大约就是45.7亿年。这与放射性定年法得到的太阳最古老的物质是45.67亿年非常的吻合。太阳在其主序的演化阶段已经到了中年期，在这个阶段的核聚变是在核心将氢聚变成氦。每秒中有超过400万吨的物质在太阳的核心转化成能量，产生中微子和太阳辐射。以这个速率，到当前为止，太阳大约转化了100个地球质量的物质成为能量，太阳在主序带上耗费的时间总共大约为100亿年。 太阳没有充足的质量爆发成为超新星，替代的是，在约50亿年后它将进入红巨星的阶段，氦核心为抵抗引力而收缩，同时变热;紧挨核心的氢包层因温度上升而加速聚变，结果产生的热量持续增加，传导到外层，使其向外膨胀。当核心的温度达到1亿K时，氦聚变将开始实行并燃烧生成碳。因为此时的氦核心已经相当于一个小型“白矮星”(电子简并态)，热失控的氦聚变将导致氦闪，释放的巨大能量使太阳核心大幅度膨胀，解除了电子简并态，然后核心剩余的氦实行稳定的聚变。从外部看，太阳将如新星般突然增亮510个星等(相比于此前的“红巨星”阶段)，接着体积大幅度缩小，变得比原先的红巨星暗淡得多(但仍将比现在的太阳亮)，直到核心的碳逐步累积，再次进入核心收缩、外层膨胀阶段。这就是渐近巨星分支阶段。 地球的命运是不确定的，当太阳成为红巨星时，其半径大约会是现在的200倍，表面可能将膨胀至地球现在的轨道1AU(1.510m)。不过，当太阳成为渐近巨星分支的恒星时，因为恒星风的作用，它大约已经流失30%的质量，所以地球的轨道会向外移动。如果仅仅这样，地球或许能够幸免，但新的研究认为地球可能会因为潮汐的相互作用而被太阳吞噬掉。但即使地球能逃脱被太阳焚毁的命运，地球上的水仍然都会沸腾，绝大部分的气体都会逃逸入太空。 即使太阳仍在主序带的现阶段，太阳的光度仍然在缓慢的增加(每10亿年约增加10%)，表面的温度也缓缓的提升。太阳过去的光度比较暗淡，这可能是生命在10亿年前才出现在陆地上的原因。太阳的温度若依照这样的速率增加，在未来的10亿年，地球可能会变得太热，使水不再能以液态存有于地球表面，而使地球上所有的生物趋于灭绝。 继红巨星阶段之后，激烈的热脉动将导致太阳外层的气体逃逸，形成行星状星云。在外层被剥离后，留存下来的就是恒星炙热的核心白矮星，并在数十亿年中逐渐冷却和黯淡。这是低质量与中质量恒星演化的典型。 【太阳所处位置】 太阳仅仅宇宙中一颗十分普通的恒星，但它却是太阳系的中心天体。太阳系中，包含我们的地球在内的八大行星、一些矮行星、彗星和其它无数的太阳系小天体，都在太阳的强大引力作用下环绕太阳运行。太阳系的疆域庞大，仅以冥王星为例，其运行轨道距离太阳就将近40个天文单位，也就是60亿千米之遥远，而实际上太阳系的范围还要数十倍于此。 但是这样一个庞大的太阳系家族，在银河系中却仅仅仅仅十分普通的沧海一粟。银河系拥有至少1000亿颗以上的恒星，直径约10万光年。太阳位于银道面之北的猎户座旋臂上，距离银河系中心约30000光年，在银道面以北约26光年，它一方面绕着银心以每秒250公里的速度旋转，周期大概是2.5亿年，另一方面又相对于周围恒星以每秒19.7公里的速度朝着织女星附近方向运动。3太阳也在自转，其周期在日面赤道带约25天;两极区约为35天。 太阳正在穿越银河系内部边缘猎户臂的本地泡区中的本星际云。在距离地球17光年的距离内有50颗最邻近的恒星系(距离最近的一颗恒星是红矮星，被称为比邻星，距太阳大约4.2光年)，太阳的质量在这些恒星中排在第四。太阳在距离银河中心24000至26000光年的距离上绕着银河公转，从银河北极鸟瞰，太阳沿顺时针轨道运行，大约2亿2500万至2亿5000万年绕行一周。因为银河系在宇宙微波背景辐射(CMB)中以550公里/秒的速度朝向长蛇座的