你知道太陽能量的來源嗎?

眾所周知呢,太陽是地球的能量源泉,那太陽到底能夠輻射出多大的能量的,我們可以來估算一下,太陽輻射的能量將成球形均勻向外擴散,根據能量守恆定律的,太陽系中某個位置接收到的太陽輻射的功率與他和太陽距離的平方成反比,地球和太陽的距離大約是1。5億千米,那在這個位置上,地球單位面積接受到的太陽輻射的功率就是所謂的太陽常數,目前世界氣象組織公佈的太陽常數值為1368瓦每平方米,用一個半徑為1。5億千米的大源球的表面積乘以太陽,就能夠算出太陽的總功率了最終的結果是3。868乘以十的26次方法,對這個數字可能沒有概念我們打一個比方,你就會知道這是多麼巨大的一個能量了,根據2017年6月釋出的,世界能源統計年間2016年全球總髮電量大約是2。48乘以十的十三次方千瓦時,這就意味著太陽一秒鐘發出的量就足以讓地球用上432萬年,這個能量實在是大的驚人。

你知道太陽能量的來源嗎?

那麼問題就來了,太陽輻射出來的能量如此巨大,這些能量到底是怎麼產生的呢?在二十世紀以前人們一直把太陽當成是一個燃燒著的大煤球,但這個理論有一個很嚴重的問題,這個大煤球透過燃燒所釋放的化學能,根本支撐不了多長時間,曾經做過估算髮現一個太陽質量的煤球大概只能燃燒幾千萬年,很明顯,地球的年齡不止幾千萬年,所以是荒謬的。一直到二十世紀二十年代才有人找到了太陽能源來源的正確道路,這個人就是英國著名的天文學家,愛丁頓。

你知道太陽能量的來源嗎?

1920年他發表了一篇論文,首次提出太陽的能量可能是源於它內部的核聚變。所謂的核聚變是指多個質量較輕的原子核結合成一個質量較重的原子核,同時釋放出巨大能量的過程。到目前為止,人類生產出來的威力最大的武器是氫彈,就利用了核聚變的原理。是愛丁頓最早提出太陽的能量,其實源於太陽中心區域的氫聚變,也就是氫原子核聚變成氦原子核的過程。聚變前的輕原子核的總質量要大於聚變後的氦原子和的總質量。根據著名的愛因斯坦質能關係1等於mc的平方物體的質量與它的能量等價,因此在鉅變中,減少的質量就會轉化成能量,而釋放出來。由於氫聚變釋放出來的能量,遠遠大於燃燒釋放出來的化學能。太陽壽命只有區區幾千萬年的難題,也就立刻迎刃而解了。

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但是愛丁頓的理論,卻也存在著一個很大的問題,那就是他無法產生比氦更重的元素。但是對於太陽光譜的觀察表明,太陽中還有很多更重的元素,例如碳,氮,氧等等。換言之啊,愛丁頓沒有能完全破解太陽的能量來源之謎。讓人意想不到的是,這個困擾了人類幾百年的超級難題,20年後被一個人快刀斬亂麻的解決了,這個人就是著名的物理學家漢斯貝特。

你知道太陽能量的來源嗎?

一九三八年貝特收到了一份請帖邀請他去華盛頓特區參加一個理論物理研討會,但是這個會議其實是在討論一個天體物理的話題,會議的主題是:太陽的能量到底是怎麼產生的?這個會議改變了他的一生。

你知道太陽能量的來源嗎?

太陽的能量到底是怎麼產生的?在這次會議上貝特聽到了關於太陽能量來源的最新進展,作為一名核物理的專家,被特還沒等會議開完就已經意識到愛丁頓提出的氫聚變過程其實並不完整。完整的過程了,大致應該是這樣,如下圖,紅色的小球就代表帶正電的質子,灰色的小球代表不帶電的中子,白色的小球,則代表帶負電的電子。質子放出一個正電子後,這個正電子的就是電子的反粒子啊,他可以變成一箇中子,氫原子核是最輕最簡單的原子核,他就有一個質子構成,四個氫原子核,在經過一系列的反應後就能夠聚合成一個包含兩個質子和兩個中子的氦原子核,同時會放出兩個正電子以及大量的能量。這個聚變過程就被稱為質子到質子的鏈反應。

你知道太陽能量的來源嗎?

就是這個質子到質子的列反應在長達46億年的時間中,為太陽提供了用之不竭的能量。不過質子都質子的鏈反應並不能解釋太陽上的那些更重的元素是怎麼來的,所以呢,開完會以後回到了康奈爾大學,又繼續研究這個問題,終於發現了碳氮氧迴圈,也就是說氫原子核和氦原子核可以去合成碳原子核,氮原子核以及氧原子核又可以進而聚合成其他更重的元素,這樣一來太陽能能量起源之謎就得到了徹底的解決。

你知道太陽能量的來源嗎?

1967年他獲得了當年的諾貝爾物理學獎。正是基於貝特的氫核聚變理論,天體物理學家們才在20世紀五六十年代建立了所謂的太陽標準模型,這個模型能夠描述太陽的內部結構,解釋觀測到的各種現象,並且預言太陽未來的演化。事實上,它已經成為了太陽物理學的理論基石。