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2020/04/06
太陽的能量

太陽 (The Sun) 是太陽系唯一的恆星,太陽系裡所有的行星繞著它運行。地球上之所以有生命、世間萬物之所以能夠運行,都是依靠太陽的能量。太陽恆久且強大的存在,讓不同文明的人類都曾把它當作神祉來膜拜;如今,太陽似乎源源不絕的能量,也讓科學家殫精竭慮地思考如何加以充分利用。那麼,太陽看似無窮無盡的能量,究竟是如何產生呢?這樣的能量釋放又能持續多久呢?

太陽的組成

太陽的密度經估算大約是1.409g/cm3左右,由此推論組成太陽的元素應該大部分是較輕的氣體化學元素。科學家們分析,太陽的主要成分有70.6%的氫 (Hydrogen, H)、27.4%的氦 (Helium, He),其他如:氧 (Oxygen, O)、碳 (Carbon, C)、鐵 (Iron, Fe)、氖 (Neon, Ne) 等重元素,則不到2%。
太陽的龐大質量受到萬有引力而凝聚在一起,在核心的位置因密度超高而產生高溫與高壓。由核心往外,太陽的結構主要分成核心區 (The Core)、輻射區 (The Radiative Zone)、對流區 (The Convective Zone)、光球層 (The Photosphere)、色球層 (The Chromosphere)、與日冕 (The Corona) 幾個區域。
核心區的質量佔了太陽總質量的二分之一左右,這個區域的溫度有1360萬K,足以進行核融合反應產生巨大的能量,99%的太陽能量就在這個區域產生,並透過輻射與對流的方式向外傳遞,而形成我們在地球上看到的光球層,光球層的溫度大約是5800K,太陽的能量從這裡往外傳播到太空中。光球層之外的色球層溫度較低(密度較光球層低),是太陽的低層大氣,只有在日食的時候,才能觀察到散發在太陽外圍的紅色光芒。而日冕則是太陽大氣層向外擴展的部分,密度很低且形狀不規則。

太陽的結構,核心區的質量佔了太陽總質量的二分之一左右,太陽能量主要就在這個區域產生。

太陽的結構

太陽如何產生能源

太陽核心區的高溫高壓符合進行「熱核融合反應」的條件,而產生大量的能量。所謂「熱核融合反應 (Thermonuclear Fusion) 」,是原子因為高溫獲得足夠的動能,所以能克服靜電排斥力而相互碰撞結合成較重的原子,並根據愛因斯坦 (Albert Einstein) 的質能轉換公式E=mc2,將部分質量轉變成巨大的能量釋放出來。
太陽的「熱核融合反應」主要是氫原子融合成氦原子,在核心區每秒會發生大約1038次質子與質子間的連鎖反應,反應會讓4個氫原子核融合成1個氦原子核。經由計算,每公克的氫核融合時,就能夠釋放6.6×1011焦耳的能量,也就是說每秒約有500萬公噸的太陽質量轉換成能量,因此太陽在發光發熱的同時,其質量也不斷地消耗著。太陽不斷把自己的質量變成光和熱,總有一天它的質量會耗盡,根據科學家的估算,太陽已經50億歲了,而且將在未來50億年後會燃燒殆盡而死亡。

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