太陽每秒鐘釋放的能量相當于燃燒多少噸煤?地球上的煤炭儲量有這么多嗎?
太陽是我們所處的恒星系-太陽系中絕對的“老大”,它所包含的物質(zhì)總量占據(jù)了整體恒星系的99.86%。依靠著強大的質(zhì)量,一方面太陽所提供的巨大萬有引力,吸引著整個星系的眾多天體和無數(shù)星系物質(zhì),圍繞著太陽這個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,太陽每時每刻都在向外釋放著光和熱,這些能量成為維持整個星系穩(wěn)定演化的推動力量,特別是對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。

太陽的形成,來源于在這一空間區(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”出來的許許多多星際物質(zhì),在相互引力的擾動和作用下逐漸聚集,在星際物質(zhì)的聚集和坍縮過程中,推動內(nèi)核的溫度和壓力不斷提升。

慶幸的是,太陽所吸聚物質(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,當所吸聚的物質(zhì)越來越多,內(nèi)核的溫度和壓力也越來越大,當溫度達到700萬攝氏度、壓力達到上千億個大氣壓之后,組成太陽內(nèi)核的氫原子發(fā)生量子隧穿的效應有了質(zhì)的提升,有一些氫原子中的質(zhì)子在這種效應作用下,突破了與周圍其它氫原子間的庫侖力排斥,順利進入另外的氫原子中,進而聚合成氫的另外一種同位素-氘,就此開啟了恒星內(nèi)部核聚變的序幕。

在太陽內(nèi)部所進行的核聚變,實質(zhì)上是一種質(zhì)子-質(zhì)子的鏈式反應,其中占據(jù)主導地位的是氫氦的鏈式反應,即4個氫原子將最終聚變形成1個氦原子,同時釋放出中微子、伽馬光子。在一個完整的鏈式反應中,反應前后的質(zhì)量有些許減小,按照愛因斯坦的質(zhì)能方程,物質(zhì)的質(zhì)量和能量是一個統(tǒng)一體,都是物質(zhì)狀態(tài)所表現(xiàn)出來的兩個不同層面,系統(tǒng)的總質(zhì)量發(fā)生了虧損,那么就會以能量的形式展現(xiàn)出來,從而維持一種總體的能量和能量守恒狀態(tài)。

據(jù)科學家們測算,太陽內(nèi)部每秒種參與核聚變的氫總量要達到7億噸左右,而在此過程中凈虧損的質(zhì)量約為500萬噸,所對應的釋放出來的能量為4.5*10^26焦耳。那么,在太陽形成以后的近50億年來,太陽內(nèi)部消耗的氫總量達到10^26噸級別,而凈虧損的質(zhì)量約為8*10^23噸,這個數(shù)值看上去非常龐大,相當于100多個地球的質(zhì)量,但與太陽剛形成時的總質(zhì)量相比,虧損的部分僅點千分之四左右,這也是為什么幾十億來太陽依然保持穩(wěn)定的原因之一。

1公斤標準煤完全燃燒的熱值約為29306千焦,所以太陽一秒鐘所釋放的能量總和,相當于4.5*10^26/(29306*10^6)=1.5*10^16噸標準煤所釋放的總能量。據(jù)統(tǒng)計,全球目前煤炭的總儲量大約為1.06萬億噸,即1.06*10^12噸,即使所有煤炭全部開采,全部完全燃燒,全部按照標準煤的熱值進行考慮,那么也僅僅是太陽一秒鐘所釋放能量的十萬分之七。

之所以會出現(xiàn)這種情況,主要原因在于太陽向外釋放的能量,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”上所接收到的太陽輻射量,僅占據(jù)到太陽總輻射量的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能量轉(zhuǎn)化為煤炭。即使將全球內(nèi)部所有儲藏的煤炭、石油、天然氣等化石能源都加起來,總能量也趕不上太陽哪怕一秒所釋放出來的能量。