太阳燃烧了46亿年，为什么没有变小？

文摘科学 2024-12-21 16:55 山东

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如果是一块烧着的煤球，它用不了多久就会烧成灰烬，体积也比原来小了很多。那太阳为什么燃烧了这么多年都没有变小呢？其实，太阳烧到最后也会变小的。只是太阳能够持续燃烧的时间可要比一块煤球长得多了。我们才观察了它多久呢？怎么能够发现太阳的变化呢？

燃烧的煤

那么，燃烧的太阳会有怎样的变化呢？如果我们把太阳看做是一块燃烧的煤球，那么这块“煤球”现在正处于烧的正旺的时候，还远远没有到熄灭的时候呢。虽然如此，太阳这块煤球已经持续不断的在宇宙中“燃烧”了45.7亿年了。如今科学家已经能够为我们呈现太阳从点燃到熄灭的整个燃烧过程了。

太阳每秒钟会释放出大约3.86×10^26焦耳的能量。这是什么概念呢？这相当于1.32×10^16吨标准煤燃烧释放出的能量。根据第十一届能源会议的估计，世界煤炭预测储量为13.6万亿吨。这只是太阳一秒钟释放能量对应标准煤质量的千分之一而已。由此可见，太阳这个“大煤球”烧的是有多么的旺啊！

太阳

不过，太阳的“燃烧”和我们平时见到的燃烧现象有本质的区别。我们平时见到的燃烧是一种发光放热的化学反应。而所谓的太阳“燃烧”则是氢变成氦的核聚变反应。在太阳的内部核心处，大约不超过太阳半径四分之一的区域是太阳的核聚变反应区。太阳的能量就来自这里。在太阳的核反应区，物质密度高达150克/cm³，温度高达1500万℃，压力相当于3000亿个地球标准大气压。在高温高压的核反应区，每秒钟都有6亿吨的氢经过热核聚变生成了5.96亿吨的氦，同时释放出了相当于400万吨氢的能量。

太阳的内部

原来太阳的能量来自内部的核聚变反应。它每时每刻都在进行着核聚变反应，也就意味着它每时每刻都在损失自身的质量。按照太阳目前的核反应速度计算，在漫长的45.7亿年中太阳已经损失了大约100个地球的质量。

我们生活在地球上，我们可以想象一下地球有多大？100个地球又有多大？太阳“烧掉”了100个地球的质量，太阳变小了吗？其实，这40多亿年来，太阳除了越烧越旺（太阳的亮度不断增加）之外，它的大小没有多少变化。这是因为太阳实在是太大了。太阳的质量是地球的33万倍。区区这100个地球质量算什么呢？

科学家认为，目前的太阳正处于稳定的中年阶段，它还可以这样持续“燃烧”大约50亿年。这么看来，我们要看到太阳的大小发生变化得等到50亿年后啊！那个时候，太阳就“烧”得差不多了。

红巨星太阳

让我们不可思议的是，50亿年后太阳已经烧得差不多了，可是它不但没有变小反而变大了。随着内部核反应区的氢元素逐渐耗尽，太阳的体积急剧膨胀，进入到了红巨星阶段。科学家估计，太阳的半径可能会膨胀到现在的250倍，即大约1.74亿公里。如此一来，太阳很可能会将地球吞掉。

不过太阳不会这么一直膨胀下去的。大约66亿年后，太阳开始燃烧内部的氦元素生成碳元素，并发生氦闪。此时的太阳体积开始收缩，半径有红巨星时期的250倍收缩到11倍于现在的半径，也就是765.6万公里。太阳会以氦聚变的方式持续燃烧大约1亿年的时间。

发生氦闪的太阳

当太阳内部的氦元素又消耗殆尽后，太阳已经没有足够大的质量进行碳元素的核聚变反应了。不过此时的太阳并不甘心就此熄灭，它会继续燃烧内核附近的氢跟氦元素，作垂死挣扎。此时的太阳会发生第二次膨胀，变成渐进巨星支星。

就这样太阳又残喘了大约3000万年的时间，此时的太阳已经彻彻底底的烧透了。在之后的10万年内，太阳抛去了它的外层物质，在宇宙中形成了一个美丽的行星状星云。太阳只留下了一个致密炽热的碳氧内核。这个碳氧内核就是白矮星，也就是太阳彻底燃烧后的“余烬”。

抛射出大量外层物质的太阳

太阳形成的白矮星质量只有原来的54%左右，也就是说，此时的太阳损失掉了46%的质量，相当于15万个地球的质量。这其中的相当一部分质量是在核聚变反应中烧掉的。成为白矮星的太阳此时的体积和地球一般大小。由此看来，太阳的“燃烧”会经历一个体积膨胀、缩小、再膨胀、再缩小的过程。

白矮星太阳

纵观太阳长达百亿年的一生，太阳最终还是会变小的。只不过这个过程从现在开始算起也得需要差不多六七十亿年的时间啊！我们人类短暂的一生怎么能够观察到太阳因为燃烧而发生的大小变化呢？

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