太阳是什么物质组成的?为什么会自发地发生核聚变反应呢?

太阳是什么物质组成的?

按照目前主流理论“宇宙大爆炸模型”,我们知道,宇宙起源于一次大爆炸。而这个理论一共有三个支持的相关证据:

  1. 宇宙微波背景辐射

  2. 氦元素丰度哈勃观测到的星系红移现象

  3. 宇宙大爆炸初期,温度随着时间的变化而降低,而物质粒子也逐渐形成。

我们要知道,如今所谓的“物质都是由原子构成”,但是原子并非不可再分的粒子,原子是由原子核和电子构成的,而原子核又分为中子和质子。(当然,实际情况远比这样复杂,在这里就不详细讲述了。)

质子和中子其实还可以再分,它们是由夸克构成的。

而夸克、电子是目前我们已知的不可再分的粒子。而氢元素的原子原子核内只有一个质子,核外只有一个电子。

所以,最容易构成的原子是氢原子。而第二容易形成的就是氦原子。因此,宇宙中大部分的原子都是氢原子和氦原子,占据了总量的99%以上。所以,宇宙中大多数的天体都是由氢原子和氦原子构成的。太阳主要就是由氢和氦构成的

估计你要质疑我了,毕竟地球并非如此。但我们要知道,太阳占整个太阳系总质量的99.86%以上,地球只是一个普通的行星,而且还是行星中很小的那种。那些大行星也是主要由氢和氦构成的。

太阳为什么会自发核聚变?

关于“太阳为什么会自发核聚变”的问题,如果用一句话来概括,这一定是:太阳质量足够大

其实一个天体能不能成为一颗恒星,完全取决于自身的质量,成为恒星的最低标准是至少要具备太阳质量的7%~8%(当然这个数值目前还有争议)。在太阳系中木星的质量是行星中最大的,但是它距离成为一颗恒星还有一点差距。

太阳在自身引力的作用下,导致太阳内核的温度达到了1500万度,压强达到了200多万个大气压。

这使得太阳不是单纯的气态,液态,固态,而是等离子态。

在这种状态下,原子的结构都保不住了,原子核和电子各自自由地在太阳内核乱串,就像一锅粒子粥一样。

我们都知道,太阳内核其实是在发生核聚变反应的,这种反应其实是在原子核层面进行的,基于太阳内核的等离子态,原子核之间发生核聚变并非不可能,但其实也存在障碍,具体来说就是库伦斥力。我们都知道同种电荷相相排斥,异种电荷相吸引。而原子核都是带正电的,因此它们之间存在着斥力。

由于库仑力的存在,需要克服这种力才能反应,因此要进行核聚变反应并不容易。这也是为什么同样是核聚变,在地球上引爆氢弹需要事先引爆一枚原子弹,这样才能提供核聚变反应所需的条件,也就是1亿度的温度。

可是我们都知道太阳内核是1500万度,和1亿度还相去甚远。但在量子世界中存在一种叫做隧穿效应的现象。说白了就是原本需要付出很大的成本去克服的事情,在量子世界中也会有一定的概率发生。

不过,这个概率真的很低,大概是一对氢原子核平均10亿年才能发生一次核聚变反应。虽然概率很低,但太阳内核所含有的粒子数也足够多,因此核聚变才可以发生。不过,也正是因为发生概率很低,导致核聚变反应会非常的缓慢,并不会像氢弹那样一下子全炸了。而一开始恒星烧的是氢原子核,生成氦原子核。

最后,我们来总结一下,太阳主要是由氢和氦构成的,太阳能够自发核聚变反应的阻碍是原子核间的库伦斥力,由于有量子隧穿效应的存在,反应得以发生,但反应速度很慢。