从古至今,人类都在不断的研究和探索世界的奥秘,在远古时期,人们对太阳充满敬畏,创造了很多神话传说,比如说中国的夸父逐日、后羿射日等,将太阳视为具有超自然力量的神物,早期人类通过简单的观察,发现太阳东升西落的规律,以此来确定时间和季节,古人普遍认为,太阳是围绕地球转动的,在1543年的时候,哥白尼提出了日心说,认为太阳是宇宙的中心,地球和其它行星围绕太阳旋转,这是人类对太阳认识的一次重大变革,1609年,伽利略用自制望远镜观察太阳,发现了太阳黑子,证明太阳表面并非完美无缺。1835年,法国物理学家傅科通过旋转镜法首次准确测量出光速,为研究太阳的距离和物理性质提供了重要依据。
19世纪中叶,光谱学的发展使人们通过分析太阳光谱,了解到太阳的化学成分,发现太阳中含有氢、氦等元素。太阳是一颗大火球,在它的表面无时无刻不散发着强烈的光和热,根据科学家的研究得出,太阳的诞生是一个极其复杂且漫长的过程,太阳诞生于46亿年前的一片巨大的分子云,这一理论被称为是星云假说,这片分子云主要由氢、氦以及少量的重元素组成,它最初处于相对稳定的状态,但可能受到超新星爆发的冲击波、附近恒星形成时产生的激波等外界扰动,开始出现密度的不均匀分布,部分区域密度增大,引力也随之增强,从而引发了物质的坍缩。在引力的作用下,分子云的物质开始向中心坍缩,这个过程中物质的速度逐渐加快,势能转化为动能,进而转化为热能。
使得中心区域的温度和压力不断升高,随着坍缩的进行,中心区域的物质密度越来越大,形成了一个高密度、高温的核心,这就是原始太阳的雏形,被称为是原恒星,原恒星形成以后,核心区域的温度和压力持续上升,当温度达到约1000万摄氏度的时候,氢原子核具有了足够的能量克服它们之间的电荷排斥力,能够靠的更近,使得氢核聚变开始发生反应,这时候太阳就正式诞生了,太阳诞生以后就开始释放热量,地球之所以能够诞生生命,其实和太阳有很大的关系,如果没有太阳的光和热,地球也不可能诞生生命,科学家通过计算得出,太阳每秒钟能够释放28600亿亿兆瓦的能量。以目前人类消耗能量的速度来计算,能够供人类使用大约65万年,太阳释放出来的能量仅仅只有22亿分之一达到地球。
在19世纪的时候,人们根据当时对化学燃烧的理解,假设太阳是由煤等化学燃料组成并且通过燃烧来释放能量,按照当时的计算,如果太阳是一个巨大的煤球,以当时观测到的太阳辐射功率,其燃料仅能够维持几千年到几万年就会耗尽,当时人们很快意识到这种假设和实际情况不符,因为地质和生物等方面的证据表明,地球已经存在很长时间了,太阳不可能在这么短的时间内就消耗完能量,到了19世纪中叶,亥姆霍兹和开尔文提出了引力收缩假说。他们认为太阳通过自身的引力收缩,将引力势能转化为热能来释放能量。根据这个理论计算,太阳的年龄大约为2000万年。
这个时间尺度比基于化学燃烧的估算要长得多,但后来随着对地球年龄和放射性测年等研究的深入,发现地球的年龄远大于2000万年,这表明引力收缩理论对太阳能量来源和寿命的解释也存在问题。直到爱因斯坦出现以后才解开这个奥秘,质能方程式描述质量转化为能量,或者能量转化为质量的关系式,有一系列复杂的论证,即表达为:E=MC^2,这个公式等号左边E表示能量,单位J(焦耳);等号右边表示质量M乘以光速C的平方。质量单位为kg(千克),光速单位为m(米),真空光速标准值为299792458m/s(米/秒),如没有特别精确的要求,计算时为了更简单快捷,一般会将光速简化为300000000m/s。大家不要小看这个简单的公式,它蕴藏着巨大的能量。
这个公式代替了过去的质量守恒,让人类知道了几千年来,人类获取能量的方式都是低效的化学方式,草木、煤炭、燃油通过燃烧取得能量,都属于化学能源,是通过化学反应获得能量,这种效率非常低,比如说煤炭,1kg标准煤炭燃烧得到的热能为7000大卡,约29300962.74592J,这个能量只是质能转化率的0.000000000326,按照这个转化率,人类利用核能的转化率也是非常低的,只能够将百分之0.7的质量转化为能量。基于这个公式,科学家根据太阳的质量、氢元素的含量以及核聚变反应的速率等因素,计算出太阳能够持续进行核聚变反应的时间,太阳内部的核聚变反应过程非常复杂。
第一步:氢核聚变为氘核
两个氢原子核(即质子)相互靠近并发生碰撞。由于原子核都带正电,存在库仑斥力,只有在太阳核心极高的温度(约1500万摄氏度)和压力下,质子才具有足够的能量克服斥力靠近。当两个质子足够接近时,弱相互作用会使其中一个质子转变为中子,同时释放出一个正电子和一个中微子,这样就形成了一个氘核。
第二步:氘核与氢核聚变为氦-3
生成的氘核会很快与另一个氢核发生碰撞并结合,形成一个氦-3核,同时释放出一个光子。
第三步:氦-3与氦-3聚变为氦-4
两个氦-3核相遇并发生聚变反应,生成一个氦-4核,并释放出两个氢核。
在太阳内部,上述三个步骤循环进行,总体效果就是每4个氢核聚变成一个氦-4,在这个过程中会出现质量亏损,根据爱因斯坦的公式,亏损的质量会转化为能量释放出来,为太阳提供光和热,由于太阳的氢储量巨大,按照目前的核聚变速率,太阳大约能够稳定的进行核聚变反应100亿年左右,当前太阳已经存在大约46亿年,正处于中年期,未来还有大约50亿年的寿命。说到这里或许很多人又会有所疑问,既然太阳每秒钟都在发生着可怕的核聚变反应,但是为什么太阳可以一直稳定的燃烧下去,而没有发生爆炸呢?其实这和太阳的自身引力有关,我们都知道太阳的质量非常巨大,几乎占据了整个太阳系总质量的百分之99.86,而质量越大其引力就会越强,所以太阳能够束缚太阳系内的所有天体围绕其旋转。
在如此强大的引力下,太阳的物质会不断的向核心压缩,就会导致核心温度和压力升高,发生核聚变反应,核聚变反应会产生一种向外的辐射压,同时自身的引力又会挤压核心,于是自身的引力坍缩和向外的辐射压就会相互抵消,从而达到一种平衡状态,所以太阳才不会发生爆炸。虽然太阳并不会发生爆炸,但是它也不可能有一直燃烧下去,当太阳内部的氢元素耗尽时,将会经历一系列的剧烈演化过程,太阳氢元素耗尽后核心将不足以进行核聚变反应,辐射压无法平衡引力,核心开始收缩,收缩过程中,引力势能转化为热能,使得核心温度和压力进一步升高。高温会点燃核心周围壳层中的氢,引发壳层氢燃烧。
壳层氢燃烧比核心氢燃烧更加剧烈,释放出更多的能量,导致太阳光度快速增加,壳层氢燃烧产生的额外能量使得太阳的外层大气膨胀,太阳半径大幅度增加,能够达到现在的数十倍甚至数百倍,成为一颗红巨星,这个时候太阳的表面温度就会降低,颜色变红,红巨星阶段的太阳会吞噬水星、金星、地球的轨道,随着核心的收缩,温度升高到一亿摄氏度左右,会引发氦核聚变为碳核的反应,这个过程被称为是氦闪,是一次非常剧烈的核聚变爆发,最终太阳的外层物质会逐渐抛离,形成行星状星云,而核心则收缩成一颗白矮星。白矮星是一种非常稠密的恒星遗物,它的大小约为地球的大小,但是质量和太阳相似。
白矮星不会再进行核聚变反应,而是通过放射出热量来逐渐冷却,太阳的消亡可能需要数十亿年的时间,但是对于地球生命来说,它的影响就会在更短的时间内出现,科学家预测大约在10亿年之后,太阳就会对地球生命产生巨大的影响,根据研究得出,太阳的亮度每一亿年就会增加百分之1,十亿年之后地球表面的温度将会明显上升,全球平均温度可能会升高6摄氏度甚至更多,高温使得水分蒸发加快,大气中水汽含量增加,飓风、暴雨等强对流天气会更加频繁,同时,干旱地区会更加干旱,水资源分布失衡,南极和北极的冰川将会全部融化,海平面将会上升60多米。到时候所有的沿海城市都会被淹没。
除此之外,过强的光照和高温会影响植物的光合作用和生长周期,许多植物可能无法适应而死亡,森林、草原等植被面积减少。动物的栖息地被破坏,为寻找适宜环境,大量动物向高纬度或高海拔地区迁徙,生态平衡被打乱,一些无法适应的物种会灭绝。持续的高温使得农作物生长受抑制,产量大幅下降,若不能及时培育出耐高温、耐旱的新品种,将面临粮食短缺问题,引发饥荒和社会动荡。而且这种情况只会越来越糟糕,毕竟太阳的温度会变得越来越高,直到太阳变成红巨星甚至变成白矮星,既然如此,那么人类未来应该如何应对?对此科学家认为,人类只有一种办法,就是移民到其他星球。
目前科学家已经在宇宙中发现了很多类似地球的行星,比如说开普勒186f,距离地球大约有500光年,是围绕红矮星运转的行星,处于适宜带范围内,具备液态水存在的可能性,直径大约是地球的1.2倍,质量大约是地球的1.1倍,有大气层存在,开普勒452b,被称为是地球2.0,位于开普勒452星系当中,距离地球大约有1400光年,和地球在质量、半径和表面温度等方面都比较类似,公转周期为385天,其恒星和太阳类似,这些星球都是人类未来移民的首选星球,只不过这些星球上面是不是存在生命?现在科学家还不知道,而且人类现在的飞行速度连太阳系都没有办法飞出去,更别说飞往这些星球了。
小编认为,人类想要移民到其它星球,必须提升飞船的飞行速度,这样人类才有机会移民到其他星球,目前科学家也在想办法提升飞船的飞行速度,人类作为地球上最有智慧的生命,人类的科技在不断的进步和发展,只要人类能够坚持不懈的努力下去,未来随着人类科技的进步,人类移民到其它星球只是时间问题,而且人类文明想要长久的发展下去,也必须移民到其它星球,小编希望人类能够早日实现自己的梦想,能够解开宇宙中更多的奥秘,对此,大家有什么想说的吗?