太陽(yáng)每秒鐘釋放的能量相當(dāng)于燃燒多少噸煤?地球上的煤炭?jī)?chǔ)量有這么多嗎?
太陽(yáng)是我們所處的恒星系-太陽(yáng)系中絕對(duì)的“老大”,它所包含的物質(zhì)總量占據(jù)了整體恒星系的99.86%。依靠著強(qiáng)大的質(zhì)量,一方面太陽(yáng)所提供的巨大萬(wàn)有引力,吸引著整個(gè)星系的眾多天體和無(wú)數(shù)星系物質(zhì),圍繞著太陽(yáng)這個(gè)核心作周期性的公轉(zhuǎn);另一方面,在內(nèi)部核聚變的作用下,太陽(yáng)每時(shí)每刻都在向外釋放著光和熱,這些能量成為維持整個(gè)星系穩(wěn)定演化的推動(dòng)力量,特別是對(duì)于地球上各種生命形式的產(chǎn)生和發(fā)展,提供了必要的物質(zhì)和能量支撐。

太陽(yáng)的形成,來(lái)源于在這一空間區(qū)域中,上一任大質(zhì)量恒星在生命的末期,發(fā)生超新星爆發(fā)之后,所“噴灑”出來(lái)的許許多多星際物質(zhì),在相互引力的擾動(dòng)和作用下逐漸聚集,在星際物質(zhì)的聚集和坍縮過(guò)程中,推動(dòng)內(nèi)核的溫度和壓力不斷提升。

慶幸的是,太陽(yáng)所吸聚物質(zhì)的總量,也就是上一任恒星發(fā)生超新星爆發(fā)所形成的星際物質(zhì)總量比較豐富,使得原始恒星的內(nèi)核有了豐富充沛的物質(zhì)輸入,當(dāng)所吸聚的物質(zhì)越來(lái)越多,內(nèi)核的溫度和壓力也越來(lái)越大,當(dāng)溫度達(dá)到700萬(wàn)攝氏度、壓力達(dá)到上千億個(gè)大氣壓之后,組成太陽(yáng)內(nèi)核的氫原子發(fā)生量子隧穿的效應(yīng)有了質(zhì)的提升,有一些氫原子中的質(zhì)子在這種效應(yīng)作用下,突破了與周圍其它氫原子間的庫(kù)侖力排斥,順利進(jìn)入另外的氫原子中,進(jìn)而聚合成氫的另外一種同位素-氘,就此開(kāi)啟了恒星內(nèi)部核聚變的序幕。

在太陽(yáng)內(nèi)部所進(jìn)行的核聚變,實(shí)質(zhì)上是一種質(zhì)子-質(zhì)子的鏈?zhǔn)椒磻?yīng),其中占據(jù)主導(dǎo)地位的是氫氦的鏈?zhǔn)椒磻?yīng),即4個(gè)氫原子將最終聚變形成1個(gè)氦原子,同時(shí)釋放出中微子、伽馬光子。在一個(gè)完整的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中,反應(yīng)前后的質(zhì)量有些許減小,按照愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程,物質(zhì)的質(zhì)量和能量是一個(gè)統(tǒng)一體,都是物質(zhì)狀態(tài)所表現(xiàn)出來(lái)的兩個(gè)不同層面,系統(tǒng)的總質(zhì)量發(fā)生了虧損,那么就會(huì)以能量的形式展現(xiàn)出來(lái),從而維持一種總體的能量和能量守恒狀態(tài)。

據(jù)科學(xué)家們測(cè)算,太陽(yáng)內(nèi)部每秒種參與核聚變的氫總量要達(dá)到7億噸左右,而在此過(guò)程中凈虧損的質(zhì)量約為500萬(wàn)噸,所對(duì)應(yīng)的釋放出來(lái)的能量為4.5*10^26焦耳。那么,在太陽(yáng)形成以后的近50億年來(lái),太陽(yáng)內(nèi)部消耗的氫總量達(dá)到10^26噸級(jí)別,而凈虧損的質(zhì)量約為8*10^23噸,這個(gè)數(shù)值看上去非常龐大,相當(dāng)于100多個(gè)地球的質(zhì)量,但與太陽(yáng)剛形成時(shí)的總質(zhì)量相比,虧損的部分僅點(diǎn)千分之四左右,這也是為什么幾十億來(lái)太陽(yáng)依然保持穩(wěn)定的原因之一。

1公斤標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒的熱值約為29306千焦,所以太陽(yáng)一秒鐘所釋放的能量總和,相當(dāng)于4.5*10^26/(29306*10^6)=1.5*10^16噸標(biāo)準(zhǔn)煤所釋放的總能量。據(jù)統(tǒng)計(jì),全球目前煤炭的總儲(chǔ)量大約為1.06萬(wàn)億噸,即1.06*10^12噸,即使所有煤炭全部開(kāi)采,全部完全燃燒,全部按照標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值進(jìn)行考慮,那么也僅僅是太陽(yáng)一秒鐘所釋放能量的十萬(wàn)分之七。

之所以會(huì)出現(xiàn)這種情況,主要原因在于太陽(yáng)向外釋放的能量,是以電磁波的方式向宇宙四面八方傳送的,在地球這塊“節(jié)點(diǎn)”上所接收到的太陽(yáng)輻射量,僅占據(jù)到太陽(yáng)總輻射量的22億分之一,就是這極小的一部分能量,為地球的發(fā)展和生命的演化提供了充沛的物質(zhì)和能量保障。另一方面,地球上煤炭的形成,需要漫長(zhǎng)的地質(zhì)作用和特定的埋藏和沉積條件,只有很少一部分植物才可以將接收到的太陽(yáng)能量轉(zhuǎn)化為煤炭。即使將全球內(nèi)部所有儲(chǔ)藏的煤炭、石油、天然氣等化石能源都加起來(lái),總能量也趕不上太陽(yáng)哪怕一秒所釋放出來(lái)的能量。