太陽は本当に巨大な水素爆弾なのでしょうか？そのエネルギーはどこから来るのでしょうか?

太陽については誰もがよく知っていますが、私たちは本当に太陽を知っていて理解しているでしょうか?なぜ光と熱を発するのでしょうか？数十億年経っても燃え尽きないのはなぜでしょうか?アインシュタインの E = mc² ですべてを説明できるでしょうか?それは本当に大きな水素爆弾ですか？今日はそれについて話しましょう。

トゥチョンクリエイティブ

01

太陽は冷たい

太陽が核融合によって輝き、熱を発していることは多くの人が知っていると思います。太陽は毎秒38.6兆ジュールのエネルギーを生成できると推定されており、これは毎秒18億個のツァーリ水素爆弾を燃焼させるのに相当します。太陽は巨大な水素爆弾であるという印象をすぐに受けます。

そこで疑問が湧きます。太陽の中心核と水素爆弾のどちらがより熱いのでしょうか?

答えは水素爆弾が勝つということです！太陽の中心部の温度はわずか 1500 万度で、水素爆弾の数億度の高温よりもはるかに低く、水素爆弾を点火させるほど高くもありません (水素爆弾が爆発するには原子爆弾の高温が必要です)。

あるいは、別の観点から計算してみましょう。太陽の体積は 141 兆立方キロメートルで、核融合はほぼすべて、この体積の 8 ‰を占める中心核で起こります。それで、

386兆ワット÷（141兆立方キロメートル×0.008）

≈34ワット/m3

この数字は電球を思い起こさせるだけで、水素爆弾とはまったく似ていないのではないでしょうか。もちろん、太陽の中心核自体は均一ではなく、中心核内の核はもう少し効率的ですが、最大でも 1 立方メートルあたり 277 ワットしかありません。

1立方メートルあたり277ワットはどういう意味ですか?成人の基礎代謝量は1日あたり約1400kcalで、国際単位系の電力に換算すると、1400×1000×4.2（kcal→cal→ジュール）÷24÷3600（日→秒）=68ワットとなります。人体の体積は約0.06立方メートルで、68ワット/0.06立方メートルは1134ワット/立方メートルになります。太陽の中心部のピーク生産能力はその4分の1に過ぎません。つまり、太陽の中心核と同量のエネルギーを人が使うと、何もせずに横になっていても凍死してしまうのです。このようなコア材料 4 セットがあれば、人間 1 人を養うのにちょうど十分です。つまり、単位体積あたりのエネルギー生成効率だけを計算すると、一日に数回しか食事をしない私たちの効率は、太陽の核融合の効率よりもはるかに高いのです...

それで何が悪かったのでしょうか?計算式が間違っていませんか？単位変換に問題がありますか?全員が電卓を使って計算すれば、同じ結果が得られます。実際のところ、どこにも問題はありません。太陽はとにかく「冷たい」のです（相対的に言えば）。それは巨大な水素爆弾ではなく、効率が極めて低い巨大な原子炉です。とても静かに燃えます。誕生以来現在までに失われた質量はわずか0.03%未満です。その巨大な力は生産効率ではなく、その規模から生まれます。もし水素爆弾が太陽と同じように機能するなら、それは恐ろしい熱核兵器ではなく、人類がずっと夢見てきた制御された核融合となるだろう。もちろん、その生産能力がもう少し高ければと願っているが、そうでなければ米を食べているのと同じだ。

トゥチョンクリエイティブ

02

1500万度という温度はどのようにして発生したのでしょうか?

エネルギー効率が非常に低い太陽の中心部が、どのようにして摂氏 1500 万度まで熱くなるのか、疑問に思うかもしれません。

実際、太陽の中心部の高温は核融合の原因であり、結果ではありません。核融合は、核融合によって焼き尽くされた高温によって起こるのではなく、高温が発生した後にのみ起こります。 **この高温は熱力学の法則に従って生成されます。核融合がなくても、太陽と同じ質量と組成のガスを集め、この冷たいガスの大きな塊を重力の作用で収縮させると、圧縮されたガスの中心は必然的に高温になります。

では、核融合の役割は何でしょうか?発生した熱は、このガス塊の放射散逸を補い（正確には、このような高温状態は「プラズマ」と呼ばれるべきである）、粒子の動きをより激しくし、それによって重力に抵抗し、元の恒星が縮小し続けるのを防ぐ。

これは興味深い自己調節平衡状態です。恒星が収縮し続けたり、核融合によって発生した熱を放散するのが困難になったりすると、中心核が加熱され、核融合効率が上昇して、より多くの熱が発生して中心核が膨張します。しかし、恒星の中心核が膨張しすぎると、中心核が冷たくなり、核融合の効率が低下し、重力が再び優位になり、中心核が再び圧縮されます。これは振動のプロセスのように聞こえますが、実際には、バランスポイントに達すると、私たちの太陽と同じように、星の各層の温度とサイズが安定します。核融合によるエネルギーは蓄積も過剰消費もされず、100% が表面から宇宙に放射されます。

このガスの塊が非常に頑固で、核融合を点火しない場合は、直接恒星の消滅状態に入り、縮小し続けます。質量が小さいものは白色矮星となり、質量が大きいものは縮小し続け、中性子星やブラックホールになります。

宇宙には、星の構造における核融合の補助的な役割を実証できる現象があります。特に質量の大きい星の寿命の終わりには、核燃料が枯渇して突然活動を停止します。星は内部の支えを失い、爆破された建物のように崩壊し、宇宙に巨大な花火を作り出します。放出されるエネルギーは、太陽がその生涯で放出する総エネルギーに匹敵します。これは超新星爆発の現象です。

まとめると、太陽を水素爆弾​​と比較するのは正確ではありません。それは実際には効率の低い巨大な原子炉です。地球上で色とりどりの生命が進化できるのは、まさに太陽の（地球に対する）優しさのおかげです。