恆星結構與核能
熱核融合
/ THUR-moh-NOO-klee-er /
恒星能閃耀數十億年,遠比任何尋常的火焰或化學反應持續得久。它們的動力之源並非日常意義上的燃燒,而是更深層的東西:原子核的結合。熱核融合,就是把輕原子核擠壓到如此劇烈,以致它們融合成一個更重的原子核,每一次都釋放出一陣能量。它是每一顆恒星——包括太陽——心臟處的熔爐。
原子核都帶正電,而同種電荷會猛烈相斥,所以它們通常拒絕彼此接觸。只有在恒星核心那令人咋舌的高溫下——太陽約為一千五百萬克耳文——原子核才會撞得足夠猛(再加上量子力學的相助)而聚合。當最終有四個氫核變成一個氦核時,氦核的重量比那四個氫核略輕一點點,而這丟失的質量便按愛因斯坦的 E=mc^2 轉化為能量。損失的比例很小——約百分之零點七——但乘數是光速 c 的平方,所以哪怕只有一絲質量,也能產生巨大的能量。
融合使恒星穩定、長壽,並成為化學元素的工廠。它釋放的能量提供了撐住恒星、對抗重力的壓力,而它之所以能極長久地穩定供能,恰恰是因為這些反應慢得很、也難以啟動。它還實實在在地是你身體裡大多數原子的來源——碳、氧、氮都是在更早世代的恒星裡鍛造出來的。一個常見的混淆:融合(輕核結合)在直到鐵的元素範圍內釋放能量,而裂變(重核分裂)是另一種反應,用於今天的發電廠。
太陽每秒把約六億噸氫融合成氦,其中約四百萬噸質量就這樣憑空消失——轉化為照亮並溫暖整個太陽系的陽光。太陽已經這樣運作、幾乎毫無變化地度過了四十六億年。
陽光就是質量化成的能量:每秒約有四百萬噸消失。
融合並不是化學意義上的「燃燒」,儘管天文學家會說恒星在「燃燒」氫;其中既無火焰也無氧氣。而且它只在直到鐵的範圍內釋放能量——融合到鐵以後會消耗能量,而非釋放能量。
又稱
另見