都是核聚變,為什麼氫彈瞬間就爆炸,太陽卻能持續100億年

1952年,美國試爆了人類第一顆氫彈,用氫元素核聚變釋放出了1000萬噸TNT的威力,相當於500顆廣島原子彈。
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此時此刻,遠在1.5公里之外的太陽,也在用氫元素核聚變釋放能量,每秒都會把430萬噸的氫元素轉化成光和熱,地球僅接收了其中的20億分之一就演化出了萬千生命,而如此龐大的能量釋放過程,太陽已經持續了46億年。根據科學家的計算,太陽還需要至少50億年,才會將自身的氫元素消耗殆盡。
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那麼問題來了:都是核聚變,為什麼氫彈瞬間就會爆炸,太陽卻能持續“燃燒”100億年呢?
核聚變的本質
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核聚變是指高温高壓狀態下,質量較輕的原子核相互發生碰撞,最終結合成重原子核,並在此期間因質量虧損釋放出而巨大能量的一種核反應,相較於強輻射的核裂變鏈式反應,核聚變本身不會產生有害輻射,且需要的燃料也僅僅是氫或者氕氘氚,從海水中就能輕易獲得,因此可控核聚變一直被認為是人類文明的“終極能源”。
氫彈
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人類其實並未製造出“純粹”的氫彈,因為真正的氫元素核聚變是不會產生核廢料和強輻射的,但由於目前只有原子彈爆炸瞬間產生的高温高壓,才能讓氫元素髮生核聚變反應,所以人類現在的氫彈其實是一個連環炸彈,首先由普通炸藥引爆原子彈,再讓原子彈爆炸瞬間的高温高壓,引爆氫彈本身。
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而原子彈是具有輻射性的,所以現在的氫彈爆炸之後,也會像原子彈一樣產生輻射危害。目前科學家正在研究的“可控核聚變”,就是要用強激光和託卡馬克裝置來代替原子彈,實現無污染且可持續的核聚變反應。
太陽
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雖然很多人都知道太陽的質量很大,但很少有人知道太陽質量佔太陽系總質量的99.86%,八大行星和所有其他天體加起來和太陽比,就是九牛身上的一根毛。
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得益於巨大的質量,太陽核心區域温度高達1500萬℃,壓強為地球的3000億倍,氫元素在這個高温高壓高密度的環境中,會持續不斷髮生聚變反應並釋放能量,截至到這一步,太陽和氫彈的核聚變流程都完全一致,而爆炸與不爆炸的直接原因,在於接下來的流程。
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氫元素核聚變的能量爆發在太陽內部後,理論上太陽是會因為輻射壓而由內而外發生膨脹的,但由於其巨大質量帶來的巨大引力,太陽的外殼其實是在不斷向心收縮的,因此內部核反應的“外向力”和恆星外殼在引力作用下坍塌的“內向力”剛好形成了平衡。
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正是這種平衡,讓太陽既不會像氫彈一樣瞬間爆炸,也不會因為自身巨大的質量在引力作用下坍塌,輻射壓與引力的平衡,以及太陽自身氫元素的豐富,最終造就了這顆1.5億千米之外,能帶給地球光和熱的黃矮星。
但平衡不會永久存在
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雖然太陽的氫元素佔比很高,但當50億年後絕大部分氫元素都化作能量消散在宇宙中時,已經持續了100億年的“由內而外輻射壓”,就會因為氫元素的不足而減少,所以到時候引力將超過輻射壓,讓太陽外殼發生坍塌引起體積變小。
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當外殼的氫元素因為坍塌,又進入內側的高温高壓環境後,輻射壓就又會超過引力,引起太陽本身的膨脹,根據恆星物理學家的研究,太陽內部輻射壓和外部萬有引力的“拉鋸戰”,會在太陽生命的最後10億到20億年裏反覆發生。
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最後的最後,引力不再是輻射壓的對手,太陽將開始極速膨脹,由一顆黃矮星變成一顆紅巨星,到時候太陽的最外側會逼近火星軌道,水星,金星,地球到時候將在太陽內部運行,並最終迎來自己的結局。
短暫的紅巨星時代
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由於紅巨星時代的太陽內部已經沒有多少氫元素,所以很快引力就又會超過輻射壓,讓紅巨星的體積收縮,當所有的可供聚變的元素都消耗完後,紅巨星就會消散成行星狀星雲,並在核心區域留下一顆由原子核與原子核”排列“成的白矮星。
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無法繼續核聚變的白矮星,會成為太陽存在過的唯一證據,恆久存在於宇宙中,雖然天文學家認為白矮星最後也會因為輻射冷卻而變成黑矮星,但以白矮星的輻射釋放速度,數百億上千億年後它才能完全冷卻,而宇宙目前只有138.2億年,因此現在的宇宙裏,是不可能存在黑矮星的。
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其實放眼宇宙,以氫彈為代表的核聚變並不是最強大的能源,宇宙中還有黑洞,還有反物質,它們的威力足以毀滅太陽系,或者在一擊之間粉碎地球,和它們相比, 人類的核武器就像一支温柔的蠟燭。
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