《流浪地球》理綜科目最全高考知識清單(4)

　　核聚變（nuclear fusion），又稱(chēng)核融合、融合反應、聚變反應或熱核反應。核是指由質(zhì)量小的原子，主要是指氘，在一定條件下（如超高溫和高壓），只有在極高的溫度和壓力下才能讓核外電子擺脫原子核的束縛，讓兩個(gè)原子核能夠互相吸引而碰撞到一起，發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質(zhì)量更重的原子核（如氦），中子雖然質(zhì)量比較大，但是由于中子不帶電，因此也能夠在這個(gè)碰撞過(guò)程中逃離原子核的束縛而釋放出來(lái)，大量電子和中子的釋放所表現出來(lái)的就是巨大的能量釋放。這是一種核反應的形式。原子核中蘊藏巨大的能量，原子核的變化（從一種原子核變化為另外一種原子核）往往伴隨著(zhù)能量的釋放。核聚變是核裂變相反的核反應形式�？茖W(xué)家正在努力研究可控核聚變，核聚變可能成為未來(lái)的能量來(lái)源。核聚變燃料可來(lái)源于海水和一些輕核，所以核聚變燃料是無(wú)窮無(wú)盡的。 人類(lèi)已經(jīng)可以實(shí)現不受控制的核聚變，如氫彈的爆炸。

　　影片中提到地球發(fā)動(dòng)機的能量來(lái)自“重元素聚變”。核聚變這個(gè)概念我們并不陌生，“兩彈一星”中氫彈就是一種劇烈的核聚變現象。所謂重元素聚變一般發(fā)生在大質(zhì)量恒星演化末期的核心處，這里說(shuō)的大質(zhì)量最少也要8顆太陽(yáng)質(zhì)量以上了。

　　實(shí)際上，我們身邊的元素，除了氫和氦，基本都是在恒星燃燒、超新星爆炸以及中子星合并過(guò)程中形成的。有句話(huà)說(shuō)的很好“我們其實(shí)都是核廢料”。

　　例題：

　　它們之間的平衡使太陽(yáng)沒(méi)有成為一顆氫彈

　　其實(shí)，這種力量就是我們最熟悉的重力，讓牛頓的蘋(píng)果落到地面的重力。

　　從感覺(jué)上，司空見(jiàn)慣的重力似乎很難和毀天滅地的核反應相匹敵。但量變會(huì )引起質(zhì)變，聚合成質(zhì)量相當于33萬(wàn)個(gè)地球的太陽(yáng)的物質(zhì)所產(chǎn)生的重力，已經(jīng)足以控制住核反應。事實(shí)上，可以說(shuō)是重力與核反應之間的相互作用主宰了太陽(yáng)的生命印記。

　　太陽(yáng)這樣的恒星形成于原始星云，在自身重力的作用下，組成原始星云的物質(zhì)不斷向一起聚集收縮，密度和壓強不斷增大。人類(lèi)制造的核聚變裝置中，無(wú)論是不可控的氫彈還是可控的托卡馬克，像啟動(dòng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機一樣使核聚變開(kāi)始，是一件相當困難的事情。進(jìn)行核聚變的帶正電荷的原子核間存在靜電斥力，這種斥力像一座大山一樣，橫亙在核聚變發(fā)生的道路上。要觸發(fā)核聚變，就必須先有足夠的能量克服靜電斥力，翻過(guò)這座大山，讓發(fā)生聚變的原子核足夠接近。在引爆氫彈時(shí)，觸發(fā)核聚變發(fā)生，靠的是先行引爆的一顆小型核裂變原子彈所產(chǎn)生的溫度和壓強。對于托卡馬克，這種“大力出奇跡”的點(diǎn)燃手段顯然不適用，則需要采取歐姆加熱和其他輔助加熱手段共用的方式來(lái)讓核聚變開(kāi)始。

　　在太陽(yáng)這樣的恒星形成時(shí)，點(diǎn)燃核聚變靠的僅僅是重力的擠壓。由于物質(zhì)本身的壓強產(chǎn)生的向外膨脹的力，不足以抵御驅動(dòng)物質(zhì)向內收縮的重力，星云中物質(zhì)一邊聚集一邊向內收縮的過(guò)程可以不斷持續下去，中心的密度和壓強持續增高，迫使氫原子核相互接近，進(jìn)而觸發(fā)了核聚變反應開(kāi)始。同時(shí)，恒星中聚集的質(zhì)量又決定了核反應的速率。質(zhì)量越大的恒星，中心會(huì )受到更大的重力壓迫，產(chǎn)生更高的壓強，使更多的氫原子核相互接近，核反應的速率也就更高。

　　當太陽(yáng)已經(jīng)是一顆成熟的恒星后，核反應的速率與恒星物質(zhì)的重力達到了一種簡(jiǎn)潔又精巧的平衡。如果太陽(yáng)從平衡態(tài)向外膨脹，中心受到的擠壓減小，核反應的速率將會(huì )降低，產(chǎn)生的能量將會(huì )減少，恒星中心的溫度將會(huì )降低。這樣，恒星中心向外膨脹的力無(wú)法支撐恒星向中心收縮的重力，膨脹過(guò)程無(wú)法持續。反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果太陽(yáng)向中間收縮，將會(huì )使核反應加速，產(chǎn)生更大的向外膨脹的力，收縮過(guò)程同樣無(wú)法持續�？傊�，一旦步入壯年，太陽(yáng)想向外擴張時(shí)后勁不足，想向里收縮時(shí)又會(huì )受到很大的抵觸，因此只能穩定在一個(gè)相對固定的個(gè)頭上。

　　這種精巧的平衡并非我們太陽(yáng)的專(zhuān)利，而是放之宇宙而皆準的一個(gè)基本原理�？茖W(xué)家們通過(guò)長(cháng)期的觀(guān)測積累后，發(fā)現處于壯年的恒星幾乎都處在這樣一種穩定的狀態(tài)中�？茖W(xué)家們把處于這些狀態(tài)的恒星稱(chēng)為“主序恒星”。對于這些恒星來(lái)說(shuō)，確切的平衡點(diǎn)位置與恒星的總質(zhì)量有關(guān)。質(zhì)量較大的恒星，平衡狀態(tài)下的核反應速率要高于質(zhì)量較小的恒星。

　　光年

　　光年是長(cháng)度單位，用來(lái)計量光在宇宙真空中沿直線(xiàn)傳播了一年時(shí)間的距離，一般被用于衡量天體間的時(shí)空距離，其字面意思是指光在宇宙真空中沿直線(xiàn)傳播了一年時(shí)間所經(jīng)過(guò)的距離，為9,460,730,472,580,800米，是時(shí)間和光速計算出來(lái)的單位。

　　“年”是時(shí)間單位，但“光年”雖有個(gè)“年”字卻不是時(shí)間單位，而是天文學(xué)上一種計量天體時(shí)空距離的單位。宇宙中天體間的距離很遠很遠，如果采用我們日常使用的米、千米（公里）作計量單位，那計量天體距離的數字動(dòng)輒十幾位、幾十位，很不方便。于是天文學(xué)家就創(chuàng )造了一種新的計量單位——光年，即光在真空中用去一年時(shí)間所走過(guò)的距離。距離=速度×時(shí)間，光速約為每秒30萬(wàn)千米（每秒299,792,458米），1光年為9,460,730,472,580,800米。讀作：九千四百六十兆七千三百零四億七千二百五十八萬(wàn)零八百米。

　　比鄰星

　　比鄰星（毗鄰星，Proxima Centauri)是南門(mén)二（半人馬座α）三合星的第三顆星，依拜耳命名法也稱(chēng)為半人馬座α星C。它是離太陽(yáng)系最近的一顆恒星（4.22光年）。它是由天文學(xué)家羅伯特·因尼斯（Robert Innes）于1915年在南非發(fā)現的，當時(shí)他是擔任約翰尼斯堡（Johannesburg）聯(lián)合天文臺（Union Observatory）的主管。

　　稍有天文常識的人都知道，距離太陽(yáng)系最近的恒星是“比鄰星”，只有4.2光年。雖說(shuō)是只有4.2光年，但是對于我們來(lái)說(shuō)也是遙遠不過(guò)的距離了，要知道1光年大約等于9.5萬(wàn)億公里。如果用最快的宇宙飛船，到比鄰星去旅行的話(huà)，來(lái)回就得17萬(wàn)年。在廣袤的宇宙系統中，雖說(shuō)是比鄰也遠在天涯。

　　比鄰星和太陽(yáng)也就是離地球最近的兩顆恒星，因科學(xué)家研究恒星的相互影響，測量科學(xué)數據時(shí)，最喜愛(ài)以比鄰星和太陽(yáng)為樣本，這就是比鄰星在科學(xué)上的最大價(jià)值。