太阳持续百亿年的核聚变能量靠什么来维持的？

我们脚下生机勃勃的地球，完全依赖于太阳提供的能量。如果没有了太阳，地球将是一个冰冷死寂的“地狱”。当然，也就不会存在任何生命。
天文学家告诉我们，太阳是银河系中千万颗恒

我们脚下生机勃勃的地球，完全依赖于太阳提供的能量。如果没有了太阳，地球将是一个冰冷死寂的“地狱”。当然，也就不会存在任何生命。

天文学家告诉我们，太阳是银河系中千万颗恒星中的一员，是一颗光谱为G2V的黄矮星。太阳寿命大约100亿年，目前其年龄大约46亿岁。太阳的直径约为140万公里，是地球直径的100倍。其质量约为2x10^30公斤，约为地球质量的33万倍。如果太阳是空心的，那么它能够装下130多万个地球。太阳中心温度大约1500万K、表面温度为5770K。

太阳从内向外分别是中心核聚变反应区、辐射区、对流层和太阳表面大气层。

直到上个世纪科学家才知道，我们的太阳是由71%的氢、27%的氦（自然界中第二简单元素）和2%的其他重元素（氧、碳、氖、铁等）构成。它以核聚变的方式向太空释放着能量（光与热）。

那么，太阳的能量从哪里来？太阳持续百亿年的核聚变过程靠什么来维持的呢？

首先，太阳质量巨大，内部的温度、密度和压力随深度而增大。核心区如同受控的“氢弹”爆炸，是一个持续“受控”的核聚变。

在太阳核心区，气体被外层的质量因引力作用而强烈向内压缩，密度达到铅的13倍。在这种极端压力下，原子核受强力挤压聚合在一起发生核聚变反应，使得核心区的气体温度升高，压力进一步增大（约是2500亿个地球大气压），产生巨大的向外压力。这个由热核反应产生的向外的辐射压力，与外层气体质量因引力而产生的向内压缩力足以形成抗衡。最终结果是，太阳总体处于一个在天体物理学中叫做“流体静力平衡”的状态。

假设我们能够迫使太阳进一步压缩，其核心处的密度就会进一步增大，核聚变反应就会加剧，从而产生更高的温度和向外的辐射压力。结果是，太阳将会再次膨胀到它原来的大小。

这种持久平衡，可使得太阳有一个持续上百亿年相对稳定的状态。它既不会像氢弹一样立刻爆炸解体，也不会因引力作用立刻坍塌。宏观上力的平衡维系了太阳的长久稳定，这真是个奇迹。

其次，由于太阳核心区的密度非常大，1500万K的气体几乎是致密且不透明。每秒约有5.7亿吨的氢参与核聚变反应，产生5.66亿吨的氦。其中每秒约400万吨的质量在核心区转化为纯粹的能量，产生辐射。爱因斯坦著名的质能方程 E=mc^2 再次登场。这种能量以高能伽马射线的形式被释放出来。

宇宙中，通常大质量恒星由于核心区密度和压力巨大，其核聚变反应速度非常快，寿命相对比较短，只有数千万年。最大的恒星寿命估计仅为100万年左右。而小质量恒星（也称矮星），其核心区密度和压力相对较低，它能够发生的核聚变反应速度很缓慢，因此可以持续几百亿年之久。

我们的太阳介于上述两者之间，质量不是很大，也不算小。它是大自然“烹制”出的一颗明亮、炎热且预期寿命为百亿年的恒星。与其他恒星一样，在未来几十亿年中，太阳核心的氢不断消耗，产生越来越多的氦。但在这个富氦核心外面的厚厚壳层里，氢聚变仍旧在进行。结果是，外壳向太空中膨胀，太阳慢慢地变成一颗臃肿的红超巨星。在遥远的50亿年之后，太阳最终将坍缩成一颗白矮星，直至走向死亡。

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