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第7章 太陽的能量

太陽和它的行星是同時誕生的。它們是46億年前一團巨大的氣體和塵埃形成的。在內部,重力逐漸結束了物質的紊亂狀態,在氣團中心,溫度逐漸上升,到達一定高溫時,就形成了太陽。一些小物質團也形成了,并圍繞中心轉動,這就是行星及彗星、各自的衛星。

太陽經過46億年,已經有了很多變化。通過研究其他恒星,天文學家發現太陽在幾十億年前比現在更冷,并且看起來呈桔黃色。早期的地球從太陽那兒得到的光和熱要比現在少。經過幾十億年,太陽變成了現在的模樣——一顆黃色的穩定的恒星。

太陽之所以穩定是因為它內部進行的是平衡反應。太陽每天是一樣的(除了黑子數量),既不會變大也不會變小。這是由于貫穿整個太陽內部的平衡反應。重力是太陽形成的第一個因素,它使氣體和塵埃坍塌。到一定時候,坍塌會停止,因為溫度到達某一點時,太陽的核燃燒起來,產生巨大的熱壓力,與重力相平衡?,F在,太陽內部每一點的壓力與重力都平衡,因此太陽相當穩定。如果不是這樣,地球上的生物不會這么繁榮。

太陽中心是相當熱的。太陽表面溫度不冷,它內部的溫度更高,能接近166萬℃。

太陽是空中的大型核電站,輻射出能量。太陽通過核聚變反應輻射出大量能量,包括光線。地球上的核電廠是通過核裂變反應放出能量(如鈾變為更簡單的原子,并發出能量)。太陽是通過合并簡單的原子而放出能量??茖W家更喜歡進行聚變反應,因為聚變比裂變環保,不會放出放射性廢料。但科學家們一直還沒創造出能引發聚變反應的高溫。

太陽創造能量是通過一個反應實現的。太陽通過熔合宇宙中最豐富最簡單的氫原子成為氦原子放出能量。在太陽內部,每秒鐘有6億噸氫被轉化為氦,400萬噸物質被轉換為能量,按愛因斯坦質能關系E=mc2,E是放出的能量,m是損失的質量,c是真空中的光速,由于光速很大,損失的質量也大,每秒鐘放出的能量是一個天文數字。這些能量到達太陽表面,以光和熱的形式發射出來,即太陽輻射。

雖然太陽產生了巨大的能量,但它仍然遵守一個宇宙中的質量和能量守恒定律。這一定律是說在任何的物理過程中,質量與能量之和為常數,不管是蠟燭的燃燒還是恒星的輻射。太陽產生了巨大的能量,同時也失去了等價的質量。

太陽內部漆黑一片。雖然陽光十分耀眼,但它內部卻不能產生光。因為太陽內部核反應產生的能量太高,是由伽馬射線的形式傳向外部,但人眼看不到伽馬射線。所以如果我們能看到太陽內部,那將會是一片黑暗。

伽馬射線傳向太陽表面的過程中,逐漸變為可見光,到達光球層后,穿過宇宙空間最后進入我們的眼睛。

一旦輻射離開太陽,將傳播得非常快,但一旦可見光到達光球層,將再8分20秒內穿過1.5億千米到達地球。因為我們的宇宙十分空曠,沒有阻擋。但太陽內部,對輻射是不透明的,太陽中心核反應產生的伽馬射線要經過成千上萬年才能從太陽內部傳到光球層,并變為可見光。雖然最后1.5億千米只要8分20秒,但最初的幾萬英里卻花了很長時間。

太陽的保溫系統比家里或辦公室的更好。雖然我們不想住在太陽內部,但太陽的保溫系統的確很不錯。太陽內部的溫度比表面溫度高幾百萬度,而厚度大概8萬千米,這意味著在太陽每7.62米厚的溫差比家里或辦公室的更小。這樣漸變的溫差能使伽馬射線傳出太陽內部,但這一過程花費很長很長的時間。

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