太阳核聚变产生的新元素都到哪里去了?

如题所述

我们人类肌肉里的碳、骨骼中的钙、血液中的铁、DNA中的磷,都是由遥远的太阳(恒星)的核聚变反应生成的。我们的生命与太阳的生命紧密相连,正如加拿大民谣《Woodstock》歌词所唱的“我们是星尘——10亿岁的碳。”

我们的太阳是银河系中一颗中低质量的普通恒星,直径大约1.392x10^6km,质量为1.9891x10^30kg,体积是地球的130万倍。

太阳也是一颗黄矮星(光谱G2V),黄矮星的寿命大约是100亿年,目前太阳大约46亿岁。太阳表面温度为5770K,中心温度为1500万K。

由内向外分别是太阳核反应区、对流层、太阳大气层。中心区不停地进行热核反应。当内部氢元素全部消耗殆尽时,太阳的核心将发生坍缩,导致温度上升,这个过程将一直持续到太阳开始把氦元素聚变成碳元素为止。

众所周知,太阳是由71%的氢、27%的氦和2%的重元素(氧、碳、氖、铁等)构成的,而太阳被认为至少是二代恒星。在太阳的核心,气体被外层的重力强烈压缩,原子核聚合在一起,核聚变反应就进行了。

从天文物理学计算知道,在1秒钟内,太阳内部有5.7亿吨氢气参与了核聚变反应。这个数字相当于3.4x10^38个氢原子核,仅在1秒钟内这些单个质子的氢原子核聚变成为大质量的氦原子核。进一步说,每秒5.7亿吨的氢参与核聚变反应,就会产生5.66亿吨的氦——少了0.7%。那么,余下的400万吨质量去哪儿了?它们转化为了能量(E=mc^2),即400万吨质量生成了中微子和太阳辐射向太空释放光与热。这样的过程,太阳作为恒星主序星的时间将持续100亿年。

如果太阳在前46亿年的岁月中,每秒400万吨的质量流失是稳定的话,那么今天的太阳要比它诞生时的质量少了6x10^23吨,而这仅仅是它总质量(约2x10^27吨)的0.03%,实在是微不足道。

事实上,夜空中的所有恒星有着与太阳同样的故事,它们是千千万万座氢与氦的核电站,每一秒都在向太空释放令人难以置信的巨大能量。

当然,太阳不会永存,也有它自己的生命周期和归宿。天文学家推测,太阳在继续燃烧50亿年后的最终阶段,太阳中的氦将转变成重元素,太阳的体积也开始膨胀,变为一颗红巨星,直至吞没地球。

最后红巨星中大部分氦都转变成碳和氧,聚变停止,形成行星状星云。由于没有能力抵抗引力,太阳核心开始坍缩,变成一颗奇特的天体——白矮星。白矮星大小与地球相当,但质量密度非常大,约为每立方毫米1000克,其表面重力超过地球表面的10万倍。随着时间的推移,白矮星会渐渐冷却,最终那些黑暗、惰性的太阳遗骸将永留宇宙空间(除非被别的天体碰撞吞并)。

这就是中低质量的太阳恒星演化的过程,其核聚变过程并没有产生出新的元素,它们都是太阳原有的元素。

为了获取太阳高能粒子、磁场、等离子体等的直接数据,以揭开“日冕”“带电气体流”之众多疑问,帮助改进对太空“天气”事件的预报,2018年8月美国的Delta-4火箭搭载“帕克”号太阳探测器已发射升空,再次开启了探索太阳的新起点。

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