太阳等恒星持续不断热核爆炸,为何并没有把自己炸碎?
2023-11-14 23:15:33
过去多次谈到,所有恒星本质上就是超大号的氢弹。反过来说,如果热核物质足够多,那么氢弹也可以做到无限大,理论上可以把氢弹做成恒星那么大也没有什么问题。不过问题也就由此来了。人类制作的所有热核武器,其真正的核裂变加核聚变的反应时间,其实也只能最多维持几十个飞秒。也就是从发出强光,再到产生巨大的爆炸火球,最多到这个超级火球膨胀的早期,所有的核反应其实就已经进行完了。随后观察到的火球继续膨胀,然后剧烈上升产生巨大的蘑菇云;最终到蘑菇云被高空风逐步吹散的过程,其实已经不是热核爆炸本身,而是爆炸完成之后产生的,在大气层之内的热膨胀与热传导为主的后续效应。换句话说,即使当量5000到6000万吨级的人类测试过的最大氢弹,其真正核反应的总时间,
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也是非常短暂的。等于几十飞秒之后,无论氢弹的当量是几百吨TNT还是几千万吨TNT,瞬间都会炸得无影无踪。那么问题是为何恒星内部同样在剧烈而且是无时无刻的不进行热核反应,那么绝大多数恒星为何没有像氢弹一样的瞬间炸飞?太阳等恒星已经稳定存在了几十亿年,而且预计还可以继续稳定“燃烧”另外的几十亿年呢?同样是剧烈热核反应,恒星与氢弹差距如此之大,本质上就在于两者的物质含量相差了几十个数量级。以太阳为代表的恒星之所以能够超长待机的持续“炸下去”,本质上就在于恒星本身体量太大、物质太多,不会轻易的炸完;更不能随随便便就炸碎了。还有一个因素很关键,那就是太阳等恒星虽然内部无时无刻不在热核反应的进程中,但是能持续发生热核反应的位置,只在太阳的核心附近,
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而外围还包裹着数十万公里厚度的物质层,其本身并不产生热核反应,只能把恒星核心附近的热核反应的能量,通过对流与辐射等方式逐步往外传递。也就是说,几乎所有恒星的外包裹层足够厚也足够重,恒星核心附近进行的热核爆炸,其威力并不足够把整个恒星瞬间崩掉。太阳核心附近的温度高达1500万摄氏度以上,看似很高;但是人类目前却可以轻易人造数亿摄氏度甚至是几十亿摄氏度的超级高温。因此1500万摄氏度的高温反倒不算什么。之所以可以持续发生热核反应,更在于恒星核心的压力也很大。凡是热核反应,总要在高温高压之间寻找一个总体平衡:要么温度足够高,要么压力足够大;或者两者的指标都比较高。于是在太阳的核心,每秒可以有超过400万吨的氢同位素瞬间转化为氦同位素。
由此完成最基础的热核反应。1秒就消耗400万吨“热核燃料”看似非常惊人,但是以太阳的总质量与之对比,甚至还不如人体内部每1秒消化食物期间产生的热转换效率。人不可能因为消化食物而导致人体自爆,于是所有恒星更不会因为正常的热核反应而自爆。另外,就是虽然恒星内部的热核反应是随时进行的,但是研究认为:目前太阳表面对外释放的光和热,基本是几千万年前其内部热核反应产生的能量刚刚传导到表面的结果。当前的太阳辐射,很可能是来自恐龙时代就已经完成的核聚变。
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也是非常短暂的。等于几十飞秒之后,无论氢弹的当量是几百吨TNT还是几千万吨TNT,瞬间都会炸得无影无踪。那么问题是为何恒星内部同样在剧烈而且是无时无刻的不进行热核反应,那么绝大多数恒星为何没有像氢弹一样的瞬间炸飞?太阳等恒星已经稳定存在了几十亿年,而且预计还可以继续稳定“燃烧”另外的几十亿年呢?同样是剧烈热核反应,恒星与氢弹差距如此之大,本质上就在于两者的物质含量相差了几十个数量级。以太阳为代表的恒星之所以能够超长待机的持续“炸下去”,本质上就在于恒星本身体量太大、物质太多,不会轻易的炸完;更不能随随便便就炸碎了。还有一个因素很关键,那就是太阳等恒星虽然内部无时无刻不在热核反应的进程中,但是能持续发生热核反应的位置,只在太阳的核心附近,
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而外围还包裹着数十万公里厚度的物质层,其本身并不产生热核反应,只能把恒星核心附近的热核反应的能量,通过对流与辐射等方式逐步往外传递。也就是说,几乎所有恒星的外包裹层足够厚也足够重,恒星核心附近进行的热核爆炸,其威力并不足够把整个恒星瞬间崩掉。太阳核心附近的温度高达1500万摄氏度以上,看似很高;但是人类目前却可以轻易人造数亿摄氏度甚至是几十亿摄氏度的超级高温。因此1500万摄氏度的高温反倒不算什么。之所以可以持续发生热核反应,更在于恒星核心的压力也很大。凡是热核反应,总要在高温高压之间寻找一个总体平衡:要么温度足够高,要么压力足够大;或者两者的指标都比较高。于是在太阳的核心,每秒可以有超过400万吨的氢同位素瞬间转化为氦同位素。
由此完成最基础的热核反应。1秒就消耗400万吨“热核燃料”看似非常惊人,但是以太阳的总质量与之对比,甚至还不如人体内部每1秒消化食物期间产生的热转换效率。人不可能因为消化食物而导致人体自爆,于是所有恒星更不会因为正常的热核反应而自爆。另外,就是虽然恒星内部的热核反应是随时进行的,但是研究认为:目前太阳表面对外释放的光和热,基本是几千万年前其内部热核反应产生的能量刚刚传导到表面的结果。当前的太阳辐射,很可能是来自恐龙时代就已经完成的核聚变。