thế giới động vật

Mặt trời tạo ra bao nhiêu năng lượng?

Booking.com

Mặt trời là một trong những “bí ẩn được hiểu rõ”. Khoa học đã xác định được điều đó, nhưng hầu hết mọi người không chắc chắn chính xác cách quả cầu ánh sáng rực lửa của chúng ta hoạt động như thế nào.

Bạn không cần bằng cấp trong vật lý và hóa học để hiểu mức độ nhiệt do mặt trời tạo ra. Đồng thời, nó có thể hơi phức tạp khi chúng ta đang nghĩ về lượng nhiệt tỏa ra từ nó.

Phần khó khăn là bạn cần phải hiểu “làm thế nào” để đánh giá đầy đủ “bao nhiêu”.

Các phần sau đây sẽ cung cấp những cái nhìn cơ bản về cách mặt trời tạo ra nhiệt cũng như lượng nhiệt mà nó tỏa ra tại bất kỳ thời điểm nào. Khi bạn hiểu những điều này, bạn đang tiến gần hơn một bước để đánh giá hoàn toàn cách một quả cầu khí lơ lửng giữa không gian nuôi dưỡng hành tinh của chúng ta! Đó là những thứ tuyệt vời, và đã đến lúc chúng ta học được nhiều hơn.

Mặt trời tạo ra nhiệt như thế nào

Giả sử bạn có một bộ quần áo có thể che chắn bạn khỏi mọi nhiệt độ. Bạn mặc siêu bộ đồ này vào và bạn được bảo vệ khỏi nhiệt độ khắc nghiệt kinh hoàng của mặt trời (bất cứ nơi nào từ 5.000 độ F đến 27.000.000 độ F, tùy thuộc vào vị trí của bạn).

Bây giờ, bạn nhảy ra khỏi tàu vũ trụ của mình để thử và chạm vào bề mặt mặt trời nhưng bạn thấy rằng hoàn toàn không có nơi nào để hạ cánh!

Đó là bởi vì mặt trời được làm bằng khí, và mặc dù nó trông giống như một quả cầu rắn, nó chỉ được giữ ở vị trí bởi lực hấp dẫn vô cùng lớn của chính nó. Theo Lý thuyết Tinh vân, các ngôi sao giống như mặt trời của chúng ta được hình thành khi các đám mây khí lớn gọi là tinh vân không chịu nổi lực hấp dẫn khổng lồ của chính chúng.

Hồ Sinclair
Theo Lý thuyết Tinh vân, các ngôi sao giống như mặt trời của chúng ta được hình thành khi các đám mây khí lớn gọi là tinh vân không chịu nổi lực hấp dẫn khổng lồ của chính chúng.

iStock.com/Ed Williams

Mọi thứ lao xuống trung tâm và quả cầu dày đặc của các nguyên tử thậm chí còn có khối lượng lớn hơn, tạo ra một lực hấp dẫn lớn hơn hút nhiều khí hơn vào bên trong. Kết quả là lực hấp dẫn mạnh đến mức các nguyên tử đập vào nhau trong quá trình phản ứng tổng hợp hạt nhân.

Khái niệm cơ bản về nhiệt hạch hạt nhân

Mặt trời tạo ra năng lượng thông qua quá trình phân hạch hạt nhân.

Khi khí có đủ năng lượng (nhiệt hoặc điện), chúng có thể thay đổi trạng thái và trở thành plasma. Mặc dù chúng thay đổi trạng thái vật lý, nhưng bản chất hóa học của chúng vẫn khá giống nhau. Sự khác biệt chính giữa khí và plasma là hoạt động của các electron.

Khi có đủ nhiệt, các electron quỹ đạo thoát ra khỏi nguyên tử của chúng, làm cho chất khí thay đổi trạng thái và hình thành trạng thái plasma. Một số ví dụ về plasma trong tự nhiên là Cực quang và tia chớp.

Nhiệt độ cần thiết để tạo thành plasma thấp hơn nhiệt độ phản ứng tổng hợp, vì vậy quá trình nhiệt hạch trong mặt trời của chúng ta luôn xảy ra khi có plasma. Plasma hình thành gần lõi của mặt trời hơn vì lõi nóng hơn nhiều so với các lớp bên ngoài, và phản ứng tổng hợp bắt đầu xảy ra ở đó ngay sau đó.

Khi mọi thứ lên đến khoảng 10.000.000 độ, các nguyên tử đang chạy đua với tốc độ cực cao, đập vào nhau với một lực cực lớn. Ở nhiệt độ thấp hơn, các nguyên tử bị tách rời nhau do lực đẩy điện đối với nhau (đó là lý do tại sao các mô tả về nguyên tử luôn liên quan đến các hạt khác nhau nảy xung quanh hoặc đơn giản là tạo cho nhau nhiều không gian).

Tuy nhiên, khi có đủ nhiệt, năng lượng nhiệt đó buộc các nguyên tử chuyển động nhanh hơn lực đẩy của các electron có thể chịu đựng, dẫn đến các hạt nhân đập vào nhau và định dạng lại. Các hạt nhân được đề cập là các proton hydro.

Những thông số kỹ thuật đơn lẻ của hydro này được kết hợp với nhau theo cách mà chúng cầu chì, mất một electron trong quá trình này. Khi phản ứng tổng hợp này xảy ra, các proton được đề cập sẽ hợp nhất để tạo thành heli.

Đây là lý do tại sao hydro và heli là hai nguyên tố hiện diện nhiều nhất trên mặt trời cho đến nay. Hydro chỉ chiếm dưới 75% khối lượng của nó trong khi heli chỉ chiếm dưới 25%. Phần khối lượng còn lại do các nguyên tố nặng hơn chiếm dụng.

phản ứng tổng hợp hạt nhân
Mặt trời tạo ra năng lượng thông qua quá trình phân hạch hạt nhân.

Yurchanka Siarhei / Shutterstock.com

Nhiệt đến từ đâu?

Tên cho sự phản ứng tổng hợp proton hydro thành heli này được gọi là “chuỗi proton-proton.” Bạn sẽ phải chịu một số thuật ngữ khoa học ở đây, nhưng hãy xem liệu bạn có thể làm theo quy trình chung hay không.

Nếu bạn bối rối về các thuật ngữ, hãy thực hiện một số nghiên cứu và bạn sẽ thấy rằng hầu hết các tên gọi khiến mọi thứ nghe phức tạp hơn chúng. Điều đó nói rằng, ý tưởng chung là một lượng lớn năng lượng được giải phóng mỗi khi quá trình chuyển đổi xảy ra.

Để bắt đầu, hai proton đơn độc đập vào nhau. Chúng giải phóng năng lượng (một positron và một neutrino) và một trong những proton biến thành neutron trong quá trình này. Lúc này proton và neutron bị hút vào nhau và tạo thành liên kết.

Cặp này sau đó hợp nhất với một proton đơn lẻ khác, giải phóng năng lượng (tia gamma) trong quá trình này. Ở giai đoạn này, phân tử được gọi là heli-3 vì nó có hai proton và một neutron.

Heli-3 này được hút vào heli-3 khác ở cùng giai đoạn trong quá trình. Hai heli-3 đó hợp nhất, tạo ra heli-4. Hai proton hydro được giải phóng trong quá trình trao đổi đó.

Lời giải thích ở trên là về đơn giản như nó được. Đối với mục đích của cuộc thảo luận của chúng ta, hãy nhớ rằng mỗi khi các hạt và phân tử này kết hợp với nhau, chúng sẽ giải phóng một thứ gì đó.

Lượng năng lượng được giải phóng được tổng hợp bằng phương trình nổi tiếng của Einstein! Đúng vậy, bây giờ bạn có thể nói rằng bạn loại biết “e = mc ^ 2” nghĩa là gì.

Chữ “m” trong E = mc ^ 2

Mọi mảnh vật chất cực nhỏ được giải phóng trong các giao dịch này đều được biến thành năng lượng. Hạt neutrino hoặc electron nhỏ đó bị loại bỏ trong quá trình phản ứng tổng hợp hạt nhân là “m” (vật chất) trong phương trình của Einstein.

Chúng ta có thể sử dụng phương trình nổi tiếng này (e = mc ^ 2) để tìm ra lượng năng lượng được giải phóng. Lấy vật chất được giải phóng trong giao dịch và nhân nó với tốc độ ánh sáng (khoảng 6,702 x 10số 8 mph) bình phương.

Hãy dành cho mình sức mạnh cần thiết để tìm ra câu trả lời cho phương trình đó. Lượng năng lượng chứa trong một proton nhỏ là thiên văn so với kích thước của nó. Thêm vào đó, chúng ta có các nhà vật lý thiên văn và nhà toán học xuất sắc để xử lý loại toán đó cho chúng ta. Chúng ta sẽ xem xét chính xác bao nhiêu năng lượng trong điều kiện thực tế trong phần tiếp theo.

Những tương tác này đang xảy ra hàng tỷ tỷ lần, mỗi khoảnh khắc mà mặt trời ở trên đó tạo ra ánh sáng. Vậy, mặt trời tạo ra bao nhiêu năng lượng thông qua phản ứng tổng hợp hạt nhân?

Câu hỏi lớn: Bao nhiêu năng lượng tỏa ra từ mặt trời?

Tại lõi của mặt trời, phản ứng tổng hợp tạo ra nhiệt lượng ít nhất 27.000.000 độ F, mặc dù không phải tất cả nhiệt lượng đó đều được giải phóng ngay lập tức.

Năng lượng được giải phóng theo nhiều cách. Năng lượng được tạo ra từ phản ứng tổng hợp tồn tại dưới dạng điện, bức xạ, gió và quan trọng nhất đối với chúng ta, ánh sáng mặt trời.

Tất cả cộng lại, mặt trời tạo ra 380.000.000.000 terajoules năng lượng mỗi giây. Một terajoule tương đương với 1.000.000.000 joule. 3.600 joules tương đương với một giờ Watt và, để cung cấp một số góc nhìn, hầu hết các điện thoại di động có thời gian sạc khoảng 5 giờ Watt.

Nếu cộng lượng năng lượng được sử dụng bởi tất cả con người trên hành tinh mỗi năm, chúng ta sẽ đạt khoảng 580.000.000 terajoules. Quả bom hạt nhân lớn nhất từng được sản xuất chứa khoảng 0,00034% năng lượng đó, sức công phá khoảng 200.000 terajoules.

Vì vậy, quả bom hạt nhân lớn nhất mà con người từng triển khai bằng 0,00000053% năng lượng mà mặt trời tạo ra mỗi giây. Đây cũng là một ví dụ hữu ích, bởi vì bom hạt nhân và mặt trời có cùng phương pháp sản xuất năng lượng.

Dưới đây là một số bài học chính:

  • Trong một giây, mặt trời tạo ra năng lượng có giá trị hơn 600 năm của con người
  • Mặt trời tắt tương đương 1,9 triệu quả bom hạt nhân mỗi giây
  • Tất cả năng lượng của mặt trời được tạo ra bởi các hạt hạ nguyên tử

Mặt trời sẽ tồn tại trong bao lâu?

Mỗi khi phản ứng tổng hợp hạt nhân giải phóng các hạt và năng lượng ra ngoài vũ trụ, một phần nhỏ khối lượng của mặt trời cũng đi ra ngoài vũ trụ. Cuối cùng, điều đó sẽ dẫn đến việc mặt trời cạn kiệt nhiên liệu. Lưu ý rằng các nguồn nhiên liệu của mặt trời (hydro & heli) cũng cấu thành khối lượng của nó.

Các ước tính tốt nhất của các nhà khoa học nói rằng điều này mang lại cho mặt trời khoảng 4 tỷ năm trước khi tất cả khô héo. Cuối cùng, khối lượng giảm này sẽ thu nhỏ lực hấp dẫn mà mặt trời hiện đang hưởng. Khi điều đó xảy ra, mặt trời sẽ không thể giữ bên trong nó ở một khu vực dày đặc như vậy nữa, và các lớp khí bên ngoài sẽ nở ra bên ngoài.

Một mặt trời trong giai đoạn này của cuộc đời được gọi là “sao khổng lồ đỏ” vì nó vẫn giữ được màu sắc khi nở ra.

Theo thời gian, mặt trời của chúng ta có thể bao phủ toàn bộ hệ mặt trời, dẫn đến hình thành một tinh vân hành tinh. Các ngôi sao lớn hơn kết thúc bằng một tiếng nổ, tạo ra các siêu tân tinh. Chúng ta có thể sẽ trải ra và nằm nghỉ ngơi như một đám mây khí tuyệt đẹp trước khi nó định dạng lại thành một cái gì đó mới.

Người khổng lồ đỏ
Một mặt trời trong giai đoạn này của cuộc đời được gọi là “sao khổng lồ đỏ” vì nó vẫn giữ được màu sắc khi nở ra.

yurchak / Shutterstock.com

Điều đó có ý nghĩa gì đối với con người?

May mắn thay cho chúng ta, con người không có khả năng tồn tại trong vòng 4-5 tỷ năm nữa. Chúng ta sẽ không phải chứng kiến ​​sự hủy diệt của tất cả sự sống trên trái đất trừ khi chúng ta tự sản sinh ra nó, rất lâu trước khi mặt trời nuốt chửng chúng ta.

Đối với một bối cảnh nhỏ, trái đất được hình thành vào khoảng 4,54 tỷ năm trước. Các đại dương hình thành sau một trăm triệu năm và những dấu hiệu đầu tiên của sự sống được cho là đã xuất hiện vào khoảng 260 triệu năm sau khi hình thành trái đất. Các nhà nhân chủng học nói Homo sapiens xuất hiện cách đây khoảng 315.000 năm.

Điều đó có nghĩa là chúng ta đã tồn tại khoảng 0,00007 phần trăm lịch sử trái đất. Vấn đề là, có thể nghi ngờ rằng chúng ta sẽ ở đây trong 4,5 tỷ năm nữa, vì vậy không cần phải lo lắng về việc mặt trời sẽ sớm tắt.

Bạn muốn tìm hiểu thêm về cuộc sống dưới ánh mặt trời?

Bài viết cùng chuyên mục