宇宙中没有氧气,太阳靠什么燃烧?
感谢头条问答邀请!对于这个科学前沿而高端的问题,我谈谈个人的浅见。首先来说说宇宙中没有氧气的问题,我认为,宇宙空间和物质之中都会有水(气态、固态和液态)现象的客观存在,而在水物质之中自然会有大量的氧元素存在。太空中所有存在的物质可统称为:自然定体物质。主要含有二氧化碳、水、氮和有毒化学元素四种基本物质,因而,太空中既然先天有水物质的存在,是不是也可以说会有氧元素或氧气的客观存在呢?!这是一个值得人们重新思考的问题。其次来谈谈太阳靠什么燃烧的问题,我认为,太阳物质是一种超高能量的核物质,或者准确地说,是一种高纯度、高强度、高密度的高能有机碳化物。这种高能碳化物可以恒久地超高温燃烧,太阳拥有的这种能量核物质,早在最初诞生时两颗巨星撞击的大爆炸中已被点燃了,并能在持续超高温燃烧过程中,产生核聚变、核连锁和核裂变综合性的物理化学反应现象,能为太阳系持续散发出光和热、放射性元素以及尘粒流物质(也就是自然定体物质),能为太阳系源源不断地输送各类物质形成的来源,实现本星系万物的持续诞生。并通过了约为50亿年物质运动聚集的增量变化发展过程,才会体现到目前太阳系星空灿烂的阶段性太空景象。不知这样的回答是否准确?!如读看后觉得我说的有道理,希给个点赞并关注我。宇明于东莞市。
宇宙中没有氧气,太阳靠什么燃烧?
这是一个老话题,而且是老百姓喜闻乐道的话题,就那么一颗太阳照耀我们几千年,怎么就烧不完呢?其实我们的太阳已经烧了50亿年了,刚开始烧的时候还没有地球,后来有了地球也是一团熊熊的烈火,经过亿年演化,地球表面的地狱之火才渐渐熄灭。
太阳开始温度并没有这么高,所以十多亿年后地球才孕育了生命。
但人类的出现已经很晚了,尤其有记载的人类历史才几千年,太阳就一直是这个样子。
是什么原因使这个火球烧不完,用光和热哺育着人类和万物生长呢。
首先我们要认识到太阳是一颗恒星,是比地球大很多很多的,有充足的燃料。太阳占有太阳系99.86%的质量,我们地球只是占有0.0003%,太阳质量是地球的33万倍,体积是地球的130万倍,所以太阳有足够的燃料来燃烧。
其次其燃烧不是我们一般意义上的燃烧,而是太阳核心地带的氢核聚变导致的。核聚变是原子核融合时释放的能量,因此不需要氧气。太阳像所有的恒星一样,在中心巨大压力和高温下,形成了持续的氢核聚变,每秒钟有6亿吨的氢聚变成5.958亿吨的氦,其中有420万吨的物质转换成能量,这个巨大的能量就从中心渐渐传递到了太阳表面,然后以光和热的形式辐射到了太空。
这种转换方式比普通的燃烧效率提高了若干数量级,这样就使恒星(包括太阳)能够得以燃烧很长的时间。根据爱因斯坦的质能方程计算,核聚变的能量转化率达到了0.7%,而燃烧煤的质能转换率只有0.0000028%。
太阳每秒钟向太空释放的能量为3.8×10^26 J,相当于28600亿亿兆瓦的能量,而地球能分到太阳能量的22亿分之一,为1.740×10^17J。别小瞧这22亿分之一,其威力相当于每秒钟爆炸3000多颗广岛原子弹的能量,或者1000万座三峡大坝的发电量。
如果人类能够收集太阳1秒钟的能量,就足够使用100万年。实质上,太阳中心是一种持续性的可控核聚变,其由外向内的巨大压力与核聚变产生的巨大张力形成了一个完美的平衡,使核聚变一直持续下去,这就是太阳的主序星状态,这个状态还可以维持50亿年。
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太阳在燃烧,这个毫无疑问,但它的燃烧原理是怎样的并不是人人都懂。
在人们的日常生活中随处可见燃烧的东西。烧木柴烧煤烧液化气烧天然气,烧汽油烧柴油烧煤油烧酒精,烧桌子烧板凳烧车子烧房子。不管这些燃烧是有益还是有害,它们都有一个共同的特点:化学反应,具体来说就是氧和碳遇热燃烧变成二氧化碳的过程。
化学反应是一种原子层面的反应,参与反应的各元素以核外电子层的化学键进行交换重组,形成与原来元素化学性质不同的新化合物。
太阳就不一样了,如果太阳是靠烧碳过日子的话,有人计算过,即便整个太阳全是一个大煤球,也只够燃烧几千年的,何况还必须再配备太阳那么大一个氧袋。太阳之所以燃烧了50亿年还是那么辉煌,就是因为它烧的不是碳而是氢。
呵呵烧氢?氢也是一种燃料哈?它和氧遇热同样可以燃烧,而且燃烧过后只产生水汽,不会污染环境,被认为是一种清洁燃料。莫非太阳烧氢也是这种烧法?呸呸!
太阳烧氢只需要氢,其它任何东西都不要,而且效率惊人,1公斤氢等同于1万吨优质煤。
哪来这等威力?就是因为烧法不同就有截然不同的效果,太阳上的烧法叫做核聚变反应,它是一种原子核层面的反应。
核反应和化学反应的不同之处就是参与反应的角色不同,它不是核外化学键起作用,而是原子核本身赤膊上阵。
原子核赤膊上阵了,一系列氢核(氘和氚)迎头相撞,聚合成氦核,同时释放出巨大的能量,轰轰烈烈的核聚变完成!
要形成这样的聚变可不是一件容易的事,它需要几百万摄氏度的超高温,并且一旦开始反应就非常难以控制。
我们的太阳就是靠燃烧氢原子核产生热核聚变反应,由氢原子聚变成氦原子,同时放出巨大的能量。
根据爱因斯坦质能变换方程,质量就是能量的一种存在方式,太阳每时每刻都在释放巨大的能量,同时也在不断地损失质量,正是这部分损失的质量变换成了巨大的能量。
严格说来一切能量都来源于质量损耗,核反应如此,化学反应同样如此。
质能转换的最高效率是正反物质相遇的湮灭反应,参与反应的所有正反物质瞬间100%转换成能量。其次是核反应,最后才是化学反应。
宇宙中没有氧气,太阳靠什么燃烧?
与大家想象的不同,按照现在的主流理论,太阳表面各种火焰状结构的形成机制,是磁重联,并不是核聚变。给题主配一张图。宇宙中熊熊燃烧的火球,我们的太阳:开始之前,先澄清一个问题。有答主提到,太阳不是燃烧,因此这个问题根本就没有意义,也没有讨论的必要。但事实上,将太阳类比成燃烧的火焰是有根据的。原因至少有两个:1.从物质构成上来说,火焰、核聚变和太阳大气有深刻的相似之处。火焰本质上是一团电离气体。在适当的条件下,可燃物发生氧化反应,氧化反应提供的能量使气体电离。电离气体中激发态电子向低能级跃迁,跃迁过程发出可见光,形成我们所看到的火焰。太阳大气,也同样是一团电离气体。从这个角度来说,太阳就是一团悬浮在宇宙中的超大的火焰,说太阳在燃烧,并没有什么不妥。我们称这种电离气体状态为「等离子体态」。常见的等离子体见下图:其中,横纵坐标分别是物质密度和温度,从图中可以对这些物质的参数有一个直观的了解。(右下角是人类可以生存的参数环境)注意火焰、日冕[01]、磁约束聚变和太阳核心在图里的位置。从图中可见,日冕跟火焰的密度相近,但是温度要高4个数量级,达到数百万度。[01]日冕,即太阳大气的最外层。太阳大气跟日冕的关系,做个不恰当的比喻的话,可以类比成,火焰和外焰之间的关系2.从观测来说,太阳表面确实可以观测到大量的火焰状结构。先普及一下太阳物理的背景知识。太阳结构可以简单分为太阳内部和太阳大气两部分[02]。[02]这样划分是因为,太阳内部是不透明的。使用光学和射电手段观测太阳的话,只能看到太阳大气,看不到太阳内部。所以从观测上说,太阳内部和太阳大气是截然不同的。在不考虑日震学的情况下,太阳物理主要就是太阳大气物理。其中,太阳大气从里到外,又被人们分为光球层、色球层和日冕三层。光球层和色球层是很薄的[03],温度也比较低[04]。日冕的厚度则可以达到好几个太阳半径,温度猛增至数百万度。[03]光球层:500 公里色球层:2000 公里[04]约6000度光球层、色球层和日冕,其结构如下图所示
太阳大气中可以产生极为复杂和剧烈的现象。如延伸数十万公里,像拱门一样的日珥;相当于数百亿颗百万吨极氢弹爆炸的耀斑;对地球影响最大的日冕物质抛射等。更细致观测的话,还可以看到大量的针状物和微耀斑。
日面上的这些结构确实会给人一种“火焰”的直观印象。那么,如何解答题主的疑问呢?火焰的能量产生机制,我们知道是氧化反应。可是,宇宙中没有氧气,太阳大气是靠什么机制,来维持太阳表面火焰状结构的能量呢?看到这个问题,大家的第一反应可能会觉得是核聚变。确实,太阳核心的核聚变,是太阳能够维持几十亿年发光发热的最终能量来源。但是,具体到恒星表面火焰状结构的形成机制,则不可能跟核聚变产生关系。光球和色球温度太低,根本不可能达到产生核聚变的温度;日冕温度虽高,但过于稀薄,甚至可以用无碰撞粒子模型来描述,更加不可能产生足够的轻核汇聚。在太阳上,核聚变只能发生在高温高密度的太阳核心。如下图所示,光子从太阳核心,传递到太阳表面,需要经过太阳内部的对流区和辐射区。传递时间长达上百万年,无法直接影响太阳表面的活动。
如果不是核聚变的话,这些火焰状结构的本质究竟是什么?我们的主角,磁重联出场了~(有评论问到这个词的读法。重在这里读chong,取磁场重新联接的意思)我们往往倾向于忽视磁场的能量,这是合理的,因为我们在地球上所感受到的磁场实在太低调了╮(╯_╰)╭每个人,每时每刻,都处在地球磁场中。可对普通人来说,地磁场除了使指南针偏转、让高纬度偶尔出现一次极光之外,也就没有其他的影响了。原因呢,很简单,除了地磁场本身的强度比较弱之外,更重要的是,地球上的物质绝大部分都处于电中性状态,无法被磁场影响。
太阳表面的物质处于高电导率等离子体状态,受磁冻结效应的支配。这里的“冻结”不是温度低的意思,通俗的讲,是说磁感线跟物质冻结在一起,物质如何运动,磁感线就如何运动。
按照现有的理论,磁重联,是太阳表面所有高能现象的来源。
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宇宙中没有氧气,太阳靠什么燃烧?
燃烧一般是指比较剧烈的发光发热的氧化反应,属于化学反应的范畴。但是太阳上发生的是热核聚变反应,氘和氚聚变成氦,释放的能量与化学反应不是一个数量级的。所以严格来说太阳并没有“燃烧”,更像是一个巨大的氢弹,用100亿年来完成爆炸的过程,现在就是这个“氢弹”爆炸的中期。
有答主提到,太阳不是燃烧,因此这个问题根本就没有意义,也没有讨论的必要。
但事实上,将太阳类比成燃烧的火焰是有根据的。
原因至少有两个:
1.从物质构成上来说,火焰、核聚变和太阳大气有深刻的相似之处。
火焰本质上是一团电离气体。在适当的条件下,可燃物发生氧化反应,氧化反应提供的能量使气体电离。电离气体中激发态电子向低能级跃迁,跃迁过程发出可见光,形成我们所看到的火焰。
太阳大气,也同样是一团电离气体。
太阳是一颗黄矮星(光谱为G2V),黄矮星的寿命大致为100亿年,目前太阳大约45.7亿岁。 在大约50至60亿年之后,太阳内部的氢元素几乎会全部消耗尽,太阳的核心将发生坍缩,导致温度上升,这一过程将一直持续到太阳开始把氦元素聚变成碳元素。虽然氦聚变产生的能量比氢聚变产生的能量少,但温度也更高,因此太阳的外层将膨胀,并且把一部分外层大气释放到太空中.
太阳既不是燃烧的煤,也不是燃烧的天然气,而是燃烧的氢。不是和氧气的化学燃烧,而是自己和自己发生的“核燃烧”,在原理层面和氢弹爆炸是一样的。每秒产生的能量相当于地球上所有煤炭资源产生能量的1000倍。
太阳是太阳系的中心天体, 现在太阳质量的大约四分之三是氢,剩下的几乎都是氦,包括氧、碳、氖、铁和其他的重元素质量少于2%,采用核聚变的方式向太空释放光和热。
太阳不断地释放出巨大的能量。巨大能量来源于太阳内部的热核聚变。对太阳光谱的分析得知,太阳含有极其丰富的氢元素,按质量计约占71%。氢核在几百万度(K)高温下即可聚变成氦核,而太阳中心处于极高温(即1500万K)和极高压(2000亿个大气压)状态下,四个氢核聚变成一个氦核,从而释放出巨大能量。
爱因斯坦在狭义相对论中指出,质量和能量可以互相转化,其转化公式为:E =mV2。式中E为能量,m为质量,V为光速。现将0.007代入上式得:E=0.007×(3×1010)2≈6.21×1011J,即是说1g氢核聚变为氦核时,能产生6.21×1011J的热能,相当于燃烧2700t标准煤所发出的热量。按照上述计算,太阳从诞生到现在仅损耗了其总质量的0.03%,维持了50亿年的光能辐射。估计太阳寿命约100亿年,其质量的损耗也不过是总质量的0.06%。
燃烧反应和太阳核聚变,都不可避免的激发原子的电子到激发态。电子在跃迁过程中发出可见光,这是火焰的最本质来源。
氢气能在氯气中燃烧,镁能在氮气中燃烧,说明燃烧本质上和氧气就没关系。
等离子体(火焰)产生 燃烧 剧烈的氧化反应 氧气参与的剧烈氧化反应
宇宙中没有氧气,太阳靠什么燃烧?
首先,宇宙中有氧,实际上,我们地球的元素在宇宙中都有。
当然,太阳“燃烧”并不是因为氧。在研究科学的时候,我们发现的日常词汇已经不足以准确地形容新发现了,或者说,我们已经对熟悉的词语赋予了全新的涵义。
有氧气才能“燃烧”,产生“火焰”,这是我们的日常经验,是我们熟悉的一种化学反应。就其本质来说,燃烧取暖是我们获得能量的方式。在自然界中,特别是宇宙中,实际上还有其他可以产生能量的方式,比如引力收缩(这是太阳最初形成时“点火”的方式),重原子核衰变(目前的核电站就是用这种方式产生能量,),轻原子核聚变(这是恒星产生能量的方式)。
炽热的太阳同样让我们感觉如同被火烤,所以也形容为“火焰”。这是我们所看到的太阳,跟我们日常提到的火炉,看起来的相似性。但是它们的本质过程是有很大区别的。
火炉的燃烧(不管是烧火柴还是烧煤炭还是酒精)是利用分子化学键的断裂和重组产生的化学能,这个能量效率是相当低的,可这也是我们人类直接获得的主要能源方式,所以石油煤炭的燃烧在造成大量的污染,而且储量减少也产生了能源危机。
太阳燃烧就是在太阳中心进行核聚变反应,使4个氢原子核(也就是质子)在极端地高温高压之下,转变成1个氦原子核(包括两个质子和两个中子),同时损失一部分质量转化为能量。在这个过程符合爱因斯坦相对论提出来的“质能方程”E=mc2(c的平方),所以这个公式才会如此有名。相比于我们的化学能源来说,这个能量要高得多得多,所以现在的科学家正在积极的研究如何在地球上实现可控核聚变,比如中国参与的在法国建正在建设的ITer项目,一旦试验成功,就可以或为人类提供源源不断的、几乎可以称之为取之不尽的能源。同样,这也是为什么我们现在的主要大国都在积极地重返月球,因为月球上有进行核聚变的重要燃料氦3(包括两个质子和一个中子)。
太阳看起来非常炽热,夜晚闪烁恒星看起来非常冷,其实这只是因为离我们的距离不一样,他们都是由核聚变反应产生的大火炉。宇宙是非常高能的!
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