燃烧需要氧气,为什么太阳没有氧气也会持续燃烧呢?

这是一个老话题,而且是老百姓喜闻乐道的话题,就那么一颗太阳照耀我们几千年,怎么就烧不完呢?

其实我们的太阳已经烧了50亿年了,刚开始烧的时候还没有地球,后来有了地球也是一团熊熊的烈火,经过亿年演化,地球表面的地狱之火才渐渐熄灭。

太阳开始温度并没有这么高,所以十多亿年后地球才孕育了生命。

但人类的出现已经很晚了,尤其有记载的人类历史才几千年,太阳就一直是这个样子。

是什么原因使这个火球烧不完,用光和热哺育着人类和万物生长呢。

首先我们要认识到太阳是一颗恒星,是比地球大很多很多的,有充足的燃料。

太阳占有太阳系99.86%的质量,我们地球只是占有0.0003%,太阳质量是地球的33万倍,体积是地球的130万倍,所以太阳有足够的燃料来燃烧。

其次其燃烧不是我们一般意义上的燃烧,而是太阳核心地带的氢核聚变导致的。核聚变是原子核融合时释放的能量,因此不需要氧气。

太阳像所有的恒星一样,在中心巨大压力和高温下,形成了持续的氢核聚变,每秒钟有6亿吨的氢聚变成5.958亿吨的氦,其中有420万吨的物质转换成能量,这个巨大的能量就从中心渐渐传递到了太阳表面,然后以光和热的形式辐射到了太空。

这种转换方式比普通的燃烧效率提高了若干数量级,这样就使恒星(包括太阳)能够得以燃烧很长的时间。

根据爱因斯坦的质能方程计算,核聚变的能量转化率达到了0.7%,而燃烧煤的质能转换率只有0.0000028%。

太阳每秒钟向太空释放的能量为3.8×10^26 J,相当于28600亿亿兆瓦的能量,而地球能分到太阳能量的22亿分之一,为1.740×10^17J。别小瞧这22亿分之一,其威力相当于每秒钟爆炸3000多颗广岛原子弹的能量,或者1000万座三峡大坝的发电量。

如果人类能够收集太阳1秒钟的能量,就足够使用100万年。实质上,太阳中心是一种持续性的可控核聚变,其由外向内的巨大压力与核聚变产生的巨大张力形成了一个完美的平衡,使核聚变一直持续下去,这就是太阳的主序星状态,这个状态还可以维持50亿年。

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与大家想象的不同,按照现在的主流理论,太阳表面各种火焰状结构的形成机制,是磁重联,并不是核聚变。

给题主配一张图。宇宙中熊熊燃烧的火球,我们的太阳:


开始之前,先澄清一个问题。

有答主提到,太阳不是燃烧,因此这个问题根本就没有意义,也没有讨论的必要。

但事实上,将太阳类比成燃烧的火焰是有根据的。

原因至少有两个:

1.从物质构成上来说,火焰、核聚变和太阳大气有深刻的相似之处。

火焰本质上是一团电离气体。

在适当的条件下,可燃物发生氧化反应,氧化反应提供的能量使气体电离。电离气体中激发态电子向低能级跃迁,跃迁过程发出可见光,形成我们所看到的火焰。

太阳大气,也同样是一团电离气体。

从这个角度来说,太阳就是一团悬浮在宇宙中的超大的火焰,说太阳在燃烧,并没有什么不妥。

我们称这种电离气体状态为「等离子体态」。

常见的等离子体见下图:

其中,横纵坐标分别是物质密度和温度,从图中可以对这些物质的参数有一个直观的了解。

(右下角是人类可以生存的参数环境)

注意火焰、日冕[01]、磁约束聚变和太阳核心在图里的位置。

从图中可见,日冕跟火焰的密度相近,但是温度要高4个数量级,达到数百万度。

[01]
日冕,即太阳大气的最外层。
太阳大气跟日冕的关系,做个不恰当的比喻的话,可以类比成,火焰和外焰之间的关系

2.从观测来说,太阳表面确实可以观测到大量的火焰状结构。

先普及一下太阳物理的背景知识。

太阳结构可以简单分为太阳内部和太阳大气两部分[02]。

[02]
这样划分是因为,太阳内部是不透明的。
使用光学和射电手段观测太阳的话,只能看到太阳大气,看不到太阳内部。
所以从观测上说,太阳内部和太阳大气是截然不同的。
在不考虑日震学的情况下,太阳物理主要就是太阳大气物理。

其中,太阳大气从里到外,又被人们分为光球层、色球层和日冕三层。

光球层和色球层是很薄的[03],温度也比较低[04]。
日冕的厚度则可以达到好几个太阳半径,温度猛增至数百万度。

[03]
光球层:500 公里
色球层:2000 公里

[04]
约6000度

光球层、色球层和日冕,其结构如下图所示

太阳大气中可以产生极为复杂和剧烈的现象。如延伸数十万公里,像拱门一样的日珥;相当于数百亿颗百万吨极氢弹爆炸的耀斑;对地球影响最大的日冕物质抛射等。更细致观测的话,还可以看到大量的针状物和微耀斑。

日面上的这些结构确实会给人一种“火焰”的直观印象。

那么,如何解答题主的疑问呢?

火焰的能量产生机制,我们知道是氧化反应。可是,宇宙中没有氧气,太阳大气是靠什么机制,来维持太阳表面火焰状结构的能量呢?

看到这个问题,大家的第一反应可能会觉得是核聚变。确实,太阳核心的核聚变,是太阳能够维持几十亿年发光发热的最终能量来源。

但是,具体到恒星表面火焰状结构的形成机制,则不可能跟核聚变产生关系。

光球和色球温度太低,根本不可能达到产生核聚变的温度;日冕温度虽高,但过于稀薄,甚至可以用无碰撞粒子模型来描述,更加不可能产生足够的轻核汇聚。

在太阳上,核聚变只能发生在高温高密度的太阳核心。

如下图所示,光子从太阳核心,传递到太阳表面,需要经过太阳内部的对流区和辐射区。
传递时间长达上百万年,无法直接影响太阳表面的活动。

如果不是核聚变的话,这些火焰状结构的本质究竟是什么?

我们的主角,磁重联出场了~

(有评论问到这个词的读法。重在这里读chong,取磁场重新联接的意思)

我们往往倾向于忽视磁场的能量,这是合理的,因为我们在地球上所感受到的磁场实在太低调了╮(╯_╰)╭

每个人,每时每刻,都处在地球磁场中。

可对普通人来说,地磁场除了使指南针偏转、让高纬度偶尔出现一次极光之外,也就没有其他的影响了。

原因呢,很简单,除了地磁场本身的强度比较弱之外,更重要的是,地球上的物质绝大部分都处于电中性状态,无法被磁场影响。

太阳表面的物质处于高电导率等离子体状态,受磁冻结效应的支配。

这里的“冻结”不是温度低的意思,通俗的讲,是说磁感线跟物质冻结在一起,物质如何运动,磁感线就如何运动。

按照现有的理论,磁重联,是太阳表面所有高能现象的来源。

关注我,听我讲讲宇宙那些事儿

燃烧一般是指比较剧烈的发光发热的氧化反应,属于化学反应的范畴。但是太阳上发生的是热核聚变反应,氘和氚聚变成氦,释放的能量与化学反应不是一个数量级的。所以严格来说太阳并没有“燃烧”,更像是一个巨大的氢弹,用100亿年来完成爆炸的过程,现在就是这个“氢弹”爆炸的中期。

有答主提到,太阳不是燃烧,因此这个问题根本就没有意义,也没有讨论的必要。

但事实上,将太阳类比成燃烧的火焰是有根据的。

原因至少有两个:

1.从物质构成上来说,火焰、核聚变和太阳大气有深刻的相似之处。

火焰本质上是一团电离气体。

在适当的条件下,可燃物发生氧化反应,氧化反应提供的能量使气体电离。电离气体中激发态电子向低能级跃迁,跃迁过程发出可见光,形成我们所看到的火焰。

太阳大气,也同样是一团电离气体。


太阳是一颗黄矮星(光谱为G2V),黄矮星的寿命大致为100亿年,目前太阳大约45.7亿岁。 在大约50至60亿年之后,太阳内部的氢元素几乎会全部消耗尽,太阳的核心将发生坍缩,导致温度上升,这一过程将一直持续到太阳开始把氦元素聚变成碳元素。虽然氦聚变产生的能量比氢聚变产生的能量少,但温度也更高,因此太阳的外层将膨胀,并且把一部分外层大气释放到太空中.


太阳既不是燃烧的煤,也不是燃烧的天然气,而是燃烧的氢。不是和氧气的化学燃烧,而是自己和自己发生的“核燃烧”,在原理层面和氢弹爆炸是一样的。每秒产生的能量相当于地球上所有煤炭资源产生能量的1000倍。

太阳是太阳系的中心天体, 现在太阳质量的大约四分之三是氢,剩下的几乎都是氦,包括氧、碳、氖、铁和其他的重元素质量少于2%,采用核聚变的方式向太空释放光和热。


太阳不断地释放出巨大的能量。巨大能量来源于太阳内部的热核聚变。对太阳光谱的分析得知,太阳含有极其丰富的氢元素,按质量计约占71%。氢核在几百万度(K)高温下即可聚变成氦核,而太阳中心处于极高温(即1500万K)和极高压(2000亿个大气压)状态下,四个氢核聚变成一个氦核,从而释放出巨大能量。

爱因斯坦在狭义相对论中指出,质量和能量可以互相转化,其转化公式为:E =mV2。式中E为能量,m为质量,V为光速。现将0.007代入上式得:E=0.007×(3×1010)2≈6.21×1011J,即是说1g氢核聚变为氦核时,能产生6.21×1011J的热能,相当于燃烧2700t标准煤所发出的热量。按照上述计算,太阳从诞生到现在仅损耗了其总质量的0.03%,维持了50亿年的光能辐射。估计太阳寿命约100亿年,其质量的损耗也不过是总质量的0.06%。

燃烧反应和太阳核聚变,都不可避免的激发原子的电子到激发态。电子在跃迁过程中发出可见光,这是火焰的最本质来源。

氢气能在氯气中燃烧,镁能在氮气中燃烧,说明燃烧本质上和氧气就没关系。

等离子体(火焰)产生 燃烧 剧烈的氧化反应 氧气参与的剧烈氧化反应

首先,宇宙中有氧,实际上,我们地球的元素在宇宙中都有。

当然,太阳“燃烧”并不是因为氧。在研究科学的时候,我们发现的日常词汇已经不足以准确地形容新发现了,或者说,我们已经对熟悉的词语赋予了全新的涵义。

有氧气才能“燃烧”,产生“火焰”,这是我们的日常经验,是我们熟悉的一种化学反应。就其本质来说,燃烧取暖是我们获得能量的方式。在自然界中,特别是宇宙中,实际上还有其他可以产生能量的方式,比如引力收缩(这是太阳最初形成时“点火”的方式),重原子核衰变(目前的核电站就是用这种方式产生能量,),轻原子核聚变(这是恒星产生能量的方式)。

炽热的太阳同样让我们感觉如同被火烤,所以也形容为“火焰”。这是我们所看到的太阳,跟我们日常提到的火炉,看起来的相似性。但是它们的本质过程是有很大区别的。

火炉的燃烧(不管是烧火柴还是烧煤炭还是酒精)是利用分子化学键的断裂和重组产生的化学能,这个能量效率是相当低的,可这也是我们人类直接获得的主要能源方式,所以石油煤炭的燃烧在造成大量的污染,而且储量减少也产生了能源危机。

太阳燃烧就是在太阳中心进行核聚变反应,使4个氢原子核(也就是质子)在极端地高温高压之下,转变成1个氦原子核(包括两个质子和两个中子),同时损失一部分质量转化为能量。在这个过程符合爱因斯坦相对论提出来的“质能方程”E=mc2(c的平方),所以这个公式才会如此有名。相比于我们的化学能源来说,这个能量要高得多得多,所以现在的科学家正在积极的研究如何在地球上实现可控核聚变,比如中国参与的在法国建正在建设的ITer项目,一旦试验成功,就可以或为人类提供源源不断的、几乎可以称之为取之不尽的能源。同样,这也是为什么我们现在的主要大国都在积极地重返月球,因为月球上有进行核聚变的重要燃料氦3(包括两个质子和一个中子)。

太阳看起来非常炽热,夜晚闪烁恒星看起来非常冷,其实这只是因为离我们的距离不一样,他们都是由核聚变反应产生的大火炉。宇宙是非常高能的!

题目中谈到太阳,氧气和燃烧间的关系,受限于初中化学课上学到燃烧反应,那是可燃物与氧化剂发生的放热化学反应,而太阳内部的燃料和我们一般谈到的燃烧是不同,太阳核心是核聚变反应。

即使是化学燃烧,也并不是都需要氧气,只要可燃物和氧气或者氧化剂在有助燃剂和火源的情况下都能燃烧。例如镁条可以在二氧化碳气体中燃烧,而铜和铝等金属可以在硫蒸汽中燃烧。

太阳内部的燃烧,是核聚变,可以释放出大量的能量,和核外电子参与的化学燃烧不同,太阳的燃烧是核物理反应。在核聚变过程中,两个或者更多的原子核结合成一个更大的原子核,从而损失的质量会按照爱因斯坦的质能方程转化为能量。太阳的核聚变反应为太阳系提供了光和热,也为地球上所有的生命提供了能量。

由于太阳内部核聚变消耗的是氢,所有太阳的燃烧也是有寿命的,目前太阳内部的氢已经燃烧了50亿年,消耗掉一半了,根据氢的核聚变速率可以计算出太阳还有约50亿年的寿命。到那时,太阳就会膨胀成巨大的红巨星,我们地球也可能跟着一起熔化。

欢迎关注量子实验室,评论里请留下您的见解。

太阳的火焰,其实是由太阳上的氢”燃烧”而产生的,其本质当然是核聚变反应,而不是化学反应,因此不需要氧气的参与。

不过我们人类没有登陆到太阳,是怎么知道太阳的火焰是来自“核聚变反应”的呢?这个核聚变反应的细节是怎么样的呢?这就是一个很重要的理论模型了,实际上也被称为“太阳模型”,其主要细节如下:

在太阳中,主要发生的核聚变反应被称为pp链。其中p就是质子。这个pp链的反应是非常复杂的,分为大致四个步骤,这四个步骤大致如下:

1. 质子质子反应产生氘与正电子以及电子中微子。

2. 氘与质子反应形成氦3。

3. 氦3与质子反应形成阿尔法粒子与正电子以及电子中微子。(或者是氦3加氦3反应产生阿尔法粒子再加2个质子;或者是氦3与阿尔法粒子反应产生Be7)

4. Be7与电子反应,最后产生两个阿尔法粒子。中间过程有中微子射出。

可以注意到,除了第二阶段,“中微子”在其他三个阶段都有射出。中微子是一种质量非常接近于零的基本粒子,它们的穿透能力非常强,它们可以穿透太阳内部很轻松地到达地球(这就好像海水可以从渔网里漏出来一样)。因此,我们在地球上可以通过检测“中微子”来知道太阳内部正在发生核聚变反应——因为中微子的出现是核聚变反应的标志(类似于你把氧气当作是化学反应的燃烧的标志差不多)。你说的太阳是如何燃烧起来的问题,到这里答案就基本已经清晰了。

当然了,我们人眼看到的太阳的光芒不是中微子,而是光子。这些光子的产生是来源非常复杂,但总体来说是因为太阳是一个高温等离子体,电子的碰撞与运动都会发出光子。太阳发出的光子也会组成一个光谱,在量子理论中太阳的表面可以用一个黑体辐射谱来刻画,这个黑体辐射谱可以在地球上被精确测定,我们甚至可以据此推断出太阳表面的温度大概是5600度左右。如此高的温度,是我们地球上的稻草或者木头的燃烧不能达到的温度。

所以,总结如下:并不一定要有氧气才可以燃烧,有氧气的燃烧释放的是化学能,太阳释放的是原子核能(不需要氧气)。

虽然如今人类科技已经相当发达,但还是有些人对恒星(太阳)的发光发热形式以及基本工作原理不是太明白!

首先第一个问题,太阳并不是真的在燃烧,平时我们说太阳在燃烧只是一种形象的表达方式。而且燃烧也并不一定都需要氧气!

太阳发光发热的原理不是化学反应,当然更不是物理反应,而是核聚变,简单说就是利用太阳核心高温高压的环境,足以让氢聚变成氦,同时释放出巨大的能量,以光的形式释放!

第二个问题,为什么太阳一直都烧不完?

那是因为太阳的核聚变只发生在核心,也只有核心的温度压力条件满足核聚变的条件!那为什么核心的核聚变产生的巨大能量没有把太阳炸开呢?

因为两种力量的平衡,核聚变产生的向外推力以及向内的万有引力,这两种力量取得了完美的平衡,所以太阳既不会因为万有引力向内坍缩,也不会因为核聚变的力量把太阳炸开!

不过,在遥远的未来(科学家们估计35亿年之后),在逐渐耗尽燃料之后,万有引力开始占据绝对上风,于是太阳开始向内急剧塌缩,之后会膨胀成为红巨星!

所以,太阳也并不是永恒的,遥远的某天也是会“燃烧”完的!

谢邀!太阳的能量是核聚变反应提供。

核聚变需要具备两个条件:1.高温2高压。太阳初期质量非常大,中心温度很高压力很大,太阳核聚变剧烈,放出能量多。当太阳质量减少,核聚变停止,太阳收缩,中心温度随之升高,核聚变又开始。核聚变的燃料是氢,产物是氦。氦的存在导致核聚变不是连续进行,起到控制氢核聚变的作用。太阳演化过程中,核聚变首先是H燃烧阶段,属于主序星阶段;然后进入He燃烧阶段,太阳产生大量能量,太阳膨胀并向外释放,太阳演化到红巨星阶段;

He燃烧结束后太阳变成一颗碳球,碳核聚变开始,产生大量能量,聚变产物是Mg,碳燃烧完后太阳变成一颗Mg球。太阳核聚变一级一级进行,直到核反应不能进行为止。

我们的太阳正处于壮年,年龄大约45亿年,氢燃烧阶段即主序星阶段还能持续大约80亿年。当太阳处于红巨星阶段时,由于太阳的膨胀,地球不适合人类生存,到时候火星可能变得易居。

一般情况下燃烧必须具备可燃物、助燃物质、有一定的温度这三个条件,但是二般情况下就是“太阳是如何燃烧的”,它是采用核聚变的方式向太空释放光和热。核聚变并非是物质与物质之间的反应,而是核物质自身由于超高温和高压等特定的条件下其内部发生的反应,因此不需要氧气“助燃”。

尽管核聚变不需要氧气“助燃”,但并非就说明构成太阳的物质就不包括氧气。研究表明,目前太阳质量的大约四分之三是氢,剩下的几乎都是氦,另外还有质量少于2%氧、碳、氖、铁和其他的重元素。

物质是运动的物质,运动是物质的运动,日月星辰、浩瀚宇宙等都是处在发展和变化之中的,无时无刻不在做着“由量变到质变”的转换,因此太阳的发展也不例外。

太阳是一颗黄矮星,它作为太阳系中心的恒星,寿命大致为100亿年(黄矮星是主序星的一种,推测寿命约为100亿年),目前大约已经46亿岁了,也就是说再过大约五六十亿年,由于太阳内部的氢元素几乎消耗殆尽而逐步变成红巨星。

不过,太阳目前正值壮年期,其发展和演变结果还不是一个定数。但是随着人类科学技术的发展,小地相信会有揭开包括太阳在内所有恒星的一些谜团!你认为呢?

几十万年前人类的祖先学会使用火,通过燃烧,把木材中的化学能释放出来,用于驱寒、照明和做饭。

上图:熊熊燃烧的篝火,图片来自网络。

开始我们学会写“燃烧”这两个字,学到燃烧是一种发光发热的化学反应,可以释放化学能,学到燃烧需要氧气,后来我们逐渐懂得有很多燃烧并不需要氧气,比如镁带在二氧化碳气体中燃烧、氢气在氯气里燃烧等。

当我们把视野扩展到浩瀚宇宙,可能会惊奇地发现燃烧不是唯一可以让物体发光发热的方法,不是唯一可以释放能量的办法,甚至不是很有效的释放能量的方法。了解到传统的化学能之外,还有动能、重力势能、核能、磁能等多种不同的能量来源,这是我们个人知识的增长,同时显示了人类科技的进步。

太阳每秒向外发出的能量有3.8×10^26焦耳(10^26的意思是1后面跟着26个0),按照每千克标准煤燃烧可释放2.9×10^7焦耳的能量计算,太阳每秒需要燃烧1.3×10^19千克的标准煤,如果太阳是一颗大煤球,它2×10^30千克的总质量只能燃烧1.5×10^11秒,除以每年约3.1×10^7秒,得到4.8×10^3年,也就说大煤球太阳仅能支撑不到五千年。也就是说,如果太阳是靠燃烧产生化学能的方式来维持的,那就不会有我泱泱华夏的灿烂文明了。

高速运动之后的碰撞也是一种释放能量(动能)的方式,比如当鸟和飞机相遇,可能把结实坚固的飞机撞成下图这样,图片来自网络。

下图是美国亚利桑那州的巴林格陨石坑,直径约1200米,估计是由一个50米大小的陨石砸出来的,图片来源:维基百科。

天文学家在计算之后发现碰撞产能也不足以让太阳维持很久,即使是比较有潜力的收缩产能方式,也只能让太阳维持约3000万年,这么短的时间都没法解释恐龙的存在。直到上个世纪,人类才终于明确了太阳巨大能量的来源,是太阳内部的热核反应(虽然发光发热,但不是化学反应,不是燃烧,也不需要氧气)产生的核能让它稳定发光发热50亿年,并将继续维持50亿年。

上图:1954年美国在比基尼环礁的一次氢弹试验,图片来源:维基百科。

至于我们在太阳表面看到的“火焰”状的东西,那其实是一种高温物质——等离子体——在太阳磁场中的运动(虽然发光发热,但不是化学反应,不是燃烧,也不需要氧气)。如果仔细看看下面的特写照片,你会发现那些“火焰”有丰富的细节结构,看起来真是像雾像雨又像风,与咱们地球上的火焰长得并不那么像。有时候太阳上的部分磁场会重新组合(即磁重联),这时会有巨大的磁能和大量的等离子体被释放出来,可能形成“太阳风暴”。至于地球在太阳风暴的吹拂下会怎么样,那又是另外一个故事了。

左:极紫外太阳图像,中:太阳表面的等离子体特写,右:和地球大小的比较,图片来自JAXA。

上图:NASA SDO卫星拍摄的太阳表面等离子体的运动,可以看到很多下落的物质流。

上图:太阳表面的“巨型龙卷风”状结构,图片来源:NASA SDO

上图:太阳表面的“巨型拱”状结构,图片来源:NASA SDO

宇宙浩瀚无垠,个人水平有限,图片来自网络。如有疏漏,请多指教。

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