太陽每秒燃燒400萬噸物質,地球總在接收太陽光,質量增加了嗎?

丿ZouJunWei丶


太陽內核的核聚變反應

一直以來太陽到底是如何燃燒的就一直引起人們的關注和談論。第二次工業革命時,就有人提出,太陽是不是燒煤炭的?

但是,有好事的人真的去計算了一下,發現,如果太陽是燒煤的,那太陽最多也就夠幾千年,還沒有人類的進化史時間長。

後來,隨著量子力學的發展,一些粒子物理家開始研究恆星燃燒的機制,人類才開始逐漸搞清楚恆星內核是核聚變反應。其實也可以理解成大火爐,只不過燃料是氫原子核而不是煤炭。爐渣則是氦原子核。整個過程可以簡單粗暴地理解成4個氫原子核通過核聚變生成了氦-4核。

這種反應在各個處於主序星時期的恆星都是一樣的,唯一不同的是反應溫度可能有不太一樣。而太陽內核核聚變反應的轉化率是0.7%,意思是,只有0.7%的質量最終以能量的形式釋放出來。

太陽的內核每秒會促發6.2億噸氫發生核聚變反應,產生420萬噸的物質,主要是以光子(太陽輻射)和中微子為主,每生成3個光子,都會伴隨著2箇中微子的產生。

地球質量增加

其中中微子直接從太陽內核穿出來,由於太陽內部是等離子態,光子會跌跌撞撞,才能出來(主要是由於電磁相互作用導致的),整個過程平均大概要14萬年,光子才會到達太陽表面。

其中,這些中微子有極小的一部分會來到地球,然後直接穿過地球,只有極其及其少量的中微子會在這個過程中由於弱相互作用而被留在地球上。(由於中微子的質量極其小,被留在地球上的中微子數也是少得可憐,因此這部分的質量其實可以忽略不計。)那太陽輻射呢?

每秒鐘,只有太陽輻射總能量的22億分之一會被地球獲得到,通過簡單的計算,我們大概可以得到,每秒鐘其實不到2千克的物質所對應的太陽輻射會到達地球。那它們會不會給地球增加質量呢?

這就要先搞清楚愛因斯坦的質能方程E=mc^2,這是愛因斯坦在1905年提出來的。

在這個理論當中,愛因斯坦統一了“能量”和“質量”,認為它們應該被並立在一起看,並稱為質能。很多人總在說“質量轉化成能量”,實際上是歪曲了愛因斯坦的意思。實際上,這裡愛因斯坦想表達是質量和能量其實是一回事,是一個東西的兩個面,質量裡是具有能量的,能量裡也是具有質量的。它們之間的對應關係就是E=mc^2。

之所以我們感受不到能量中有質量,就在於我們平時被找到的熱量太小了,根據質能方程,m=E/c^2,這c其實就是光速3*10^8,所以這一做除法數值就極其小了。

(很多人認為質能方程只是用在核聚變當中,也是一種錯誤的觀念,要知道愛因斯坦可是1905年提出來的質能方程,原子彈的原理要到1938年才由幾位科學家共同體出來。所以,質能方程是具有普世的。)

所以,太陽輻射的能量其實也有質量。當太陽輻射到達地球之後,地球是獲得到了這部分質量的。但是這部分質量就如同剛才算的那樣,每秒不到2千克,其中絕大部分在之後還是以熱量的形式散失。而地球的總質量5.965*10^24千克,相對於地球質量而言,簡直就是微乎其微的。

最後,我們來總結一下,太陽輻射是會給地球帶來質量的,但是這個量極其小,每秒還不到2千克的質量,絕大部分還會以熱量的形式散失。因此,相對於地球的質量5.965*10^24千克來說,影響並不大。


鍾銘聊科學



準確地說,太陽每秒鐘消耗七億噸氫元素,損失400萬噸物質,也就是說釋放400萬噸質量的能量。這些能量100%輻射到宇宙中去了。根據太陽常數,地球每秒鐘獲得的太陽輻射能量只佔太陽輻射總量的22億分之一,即不到20公斤的質量,但地球質量不會增加,因為這些光是純能量,它們並沒有轉化為質量。質能關係式E=mC²只是揭示了能量和質量的轉化的內在數量關係,但並沒有要求一定要轉化。

實際上質量轉化為能量較易,也很常見,比如說核聚變和核裂變甚至發光發熱這些物理反應,就是燃燒爆炸等化學反應(化學反應中的質量守恆是在精度要求不高的情況下的近似定律)都是質量轉化為能量。而反過來能量轉化為質量的現象非常罕見。很多人只能用一對光子碰撞生成一對正負電子來舉例說明能量轉化為物質。

光子產生大量電子-正電子對

那問題來了,為什麼太陽發出這麼多光也不能產生物質質量呢?原來這裡面類似於光電效應,光具有波粒二象性,產生電子是看單個光子的動能量(特徵能量),不是看所有光子的總能量。一對光子碰撞產生一對靜止質量分別為m的粒子,根據E=mC²,單個光子的能量至少需達到mC²的能量,否則能量不夠是產生不了質量m的粒子。



高能光子對撞後形成粒子的運動軌跡模擬

這就需要高能γ光子(還必須存在於重原子核或黑洞附近,滿足能量和動量兩個守恆定律)或高輻射溫度。咱們先來看太陽輻射是否有高能γ光子:太陽輻射光譜波長99%以上在0.15微米――4微米(10^-6米)之間,而高能γ光子的波長短於0.1埃米(10^-11米),差了5個數量級,太陽根本產生不了高能γ光子。

那再來看需要多少輻射溫度?據統計力學中的輻射溫度和能量的關係式E=KT(其中E為光子的動能量,K為波爾茲曼常數,大小為1.30864852x10^-23J/k,T為輻射溫度,單位為k),再把E=mC²代入,得出T=mC²/K。也就是說光子的溫度必須達到這個臨界值(閾值)以上才行。下面看一下產生構成物質的基本粒子的輻射溫度需要多大:

一個電子的質量為9.1x10^-31千克,按光速C為3x10^8米/秒算,求得輻射溫度T=6.25836493x10^9k,即約62億度。也就是說產生一個電子的輻射閾值溫度為62億度,同理求得產生一個質子需要10萬億度。我們都知道太陽內部溫度只有一千多萬度,更何況輻射到地球后的溫度,離62億度和10萬億度差的太遠,所以根本不可能產生電子和質子等粒子,也就不可能產生物質質量。也由此可知,電子和質子等粒子不可能由類似太陽的恆星內部產生。


物原愛牛毛1


太陽每秒燃燒400萬噸物質,地球總在接收太陽光,質量增加了嗎?

1920年愛丁頓爵士提出了恆星從氫核聚變反應中獲得能量,喬治·伽莫夫則為愛丁頓的氫核聚變理論推導出了原子核克服庫侖障壁的量子力學公式:伽莫夫因子,讓太陽原本理論計算無法聚變的科學家鬆了口氣,漢斯·貝特則完善了質子鏈反應和碳氮氧循環,至此太陽發光理論已經完整具備!

根據伽莫夫推導出來的伽莫夫因子,太陽發光問題是解決了,但由於這個可能性極低,因此太陽中心從氫同位素轉換為氕的比例是很低的,這決定了太陽的燃燒速度,每秒大約有6.5億噸元素參與聚變,產生了大約450萬噸的質量虧損,太陽所發出的巨大能量就是從這個質量虧損中轉換而來!

太陽每秒損失的質量超過450萬噸,會有一天燒完嗎?

比較現實的一個問題,450萬噸可不是個小數,美國尼米茲航母也就8萬噸,每秒燒掉6艘航母的質量,這太陽終有一天會燒完不是嗎?

這個問題我們得先來看看太陽能量的主要來源:質子鏈反應的過程!

第一步:1H+1H→2D+e(+)+v,ΔE=1.442MeV,Q(v)=0.265MeV;

這個過程是兩顆質子克服庫倫障壁結合在一起所釋放的能量,當然這個過程其實還是一個吸能過程。

第二步:2D+1H→3He+γ,ΔE=5.494MeV;

這一個質子和一個種子的氘和一個質子的氕結合,形成氦三,釋放5.49MeV的能量

這個步驟中總共加入反應的質量有:

2個質子+2個質子+1箇中子=4690MeV

能量為:7.201MeV,

質量虧損比例為1.5‰,也就是說當所有的氕轉換成氘,再由氘和氕轉換成氦三時整體質量虧損約為1.5‰,儘管這個數字數高達百萬噸,但整體比例上來看並不會嚴重影響嚴重影響太陽的質量!

地球會因此而獲得質量嗎?

從理論上來看地球獲得了輻射能,根據愛因斯坦的質能等價方程,獲得了能量的地球明顯質量是增加的,那麼地球會獲得多大的質量呢?

地球大約獲得太陽輻射的22億分之一,按此比例計算大約20千克,另外地球也在時時刻刻向宇宙空間散發熱量,而這個當前模式下大致是平衡的,因此從這個角度上來看地球收支平衡,並不會因為陽光照射而增加質量!

但事實上地球仍然從太陽那裡獲得了質量,而且有一種理論認為地球上的水也來自太陽!因為太陽風中的高能質子流就是氫原子核,其捕獲一個電子即成為氫原子,那麼地球每年從太陽風中獲取到多少質子呢?

太陽風中的粒子數目大約為1.3×10^36個,平均能量約為10eV,那麼太陽風的功率約為3.1239至20.826×10^17W,大約是輻射功率的十億分之一,如果再按22億分之一算算,再換算成質量的話似乎可以忽略不計?

所以地球從太陽獲得的質量幾乎可以忽略!

地球還因太陽而損失巨大質量!

地球似乎沒有從太陽哪裡撈到質量上的好處,反而被太陽風后薅去不少羊毛,因為太陽風的剝離,每年大氣都損失數十萬噸,好在地球大氣總量高達5×10^18 kg

極光就是太陽風中帶電離子進入大氣層激發發光

即使不補充,大家也不用擔心,在各位有生之年裡大氣層氣壓不會少到最小可測量值!

地球還會從火山噴發和宇宙空間的彗星補充,而且這地球收益是+的,也就是說每年地球還會增加不少質量,保守估計大約是二十萬噸!


星辰大海路上的種花家


按照質能方程,只要地球接收太陽能量,那麼地球的質量就一定會上升,但關鍵在於,依靠太陽能量增加的質量,每年也就增加幾萬噸而已。

相比於地球60萬億億噸的總質量,九牛一毛而已,更別提地球還會通過其它方式流逝質量。

總所周知,太陽作為一顆恆星,其內部的工作原理是核聚變,核心處產生大量的光和熱。通過對太陽表面溫度的測量,我們就能算出太陽每秒釋放的能量有多少,再通過質能方程,就能換算出太陽每秒消耗的質量大約是420萬噸左右。

雖然聽著很可怕,但要知道,太陽的總質量是地球的33萬倍,流失的這點質量不算什麼,從太陽誕生的這近50億年以來,丟失的質量也不過相當於100多個地球。

對於太陽釋放的能量,由於地球和太陽的距離原因,地球受到的太陽能只佔其總能量的22億分之一,再考慮到地球的反射率,每年估算下來,地球通過太陽能增加的質量不過將近4萬噸而已。

相比於地球的大氣流逝,4萬噸並不多,要知道地球的大氣層並不是密封的,雖然地球引力限制著絕大部分氣體不逃向外太空,但對於那些較輕的氣體,比如氫氣氦氣等,每年大氣的損失質量都有幾十萬噸上下。

但又說回頭,地球大氣的總重大約6000萬億噸,流逝的質量只算九牛一毛而已。

期待您的點評和關注哦!


賽先生科普


日地之距大約為1億五千萬千米,地球半徑是6千四百米,地球受到太陽輻射量應占太陽總輻射量的8乘以IO負IO次方分之一每秒鐘應得到3,2xIO的負3次方噸的光能。地球所吸收光能用日秒放出總能量乘以地球半徑平方/日地之距平方的一半,每秒鐘吸收了太陽光能320千克這些光能大部分被海水吸收提高了海水溫度,一部分被植被吸收進行光合作用製造了有機物把二氧化碳分解出氧氣釋放到空中,光能儲存在植物裡,另有部分提高了地表和空氣的溫度,地球每年質量增加不能靠太陽的光輻射,太陽光輻射起不到增值作用,地球上每晝夜都有來自太空的殞石這些殞石能增加地球質量關於每年落入地球殞石的詳細數字就得問一問科學家了。本人也就是一知半解,不知正確否,有望大家批評指正謝謝!


快樂人生168025476


你似乎忘記,燒完之後的東西去哪了!燃燒後的生成物,其實依然留在太陽裡,它拋出去的無非是光、熱、和因日珥日冕爆發所所甩出去一些粒子,能不能飛出太陽的引力還難說!加上總有外來物體被吸入,太陽的總質量到底是增加還是減少,還兩說呢……實在一直減少的話,等變成紅巨星的時候把九大行星一口吃掉,補充補充!還能燒個幾百萬年!


nicefox


要這說每天被光照射到的都會很髒了?或許點亮煤油燈被照到會有煤油?被光所照是不存在質量的,相反有可能帶走液體之類。


aa祝你好運aa


不會增加。光沒質量,有動量和能量。


平常人246089341


核聚變不能算是燃燒



辣條鍋


太陽不是燃燒物質,本質是利用太空電場(暗物質)之自行發電,物質燃燒和氫聚變是最愚蠢的理論,地球在吸收能量,又在釋放能量,為平衡階段,故質量不會增加。黃氏宇宙新論,引用聲明。


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