《流浪地球》理綜科目最全高考知識(shí)清單(4)

　　核聚變（nuclear fusion），又稱核融合、融合反應(yīng)、聚變反應(yīng)或熱核反應(yīng)。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(xiàn)出來(lái)的就是巨大的能量釋放。這是一種核反應(yīng)的形式。原子核中蘊(yùn)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）往往伴隨著能量的釋放。核聚變是核裂變相反的核反應(yīng)形式。科學(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?nèi)剂峡蓙?lái)源于海水和一些輕核，所以核聚變?nèi)剂鲜菬o(wú)窮無(wú)盡的。 人類已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)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(jī)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(xiàn)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(yīng)相匹敵。但量變會(huì)引起質(zhì)變，聚合成質(zhì)量相當(dāng)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(yīng)。事實(shí)上，可以說(shuō)是重力與核反應(yīng)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(qiáng)不斷增大。人類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)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)一樣使核聚變開(kāi)始，是一件相當(dāng)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?cè)诤司圩儼l(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?cè)�子彈所產(chǎn)生的溫度和壓強(qiáng)。對(duì)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(qiáng)產(chǎn)生的向外膨脹的力，不足以抵御驅(qū)動(dòng)物質(zhì)向內(nèi)收縮的重力，星云中物質(zhì)一邊聚集一邊向內(nèi)收縮的過(guò)程可以不斷持續(xù)下去，中心的密度和壓強(qiáng)持續(xù)增高，迫使氫原子核相互接近，進(jìn)而觸發(fā)了核聚變反應(yīng)開(kāi)始。同時(shí)，恒星中聚集的質(zhì)量又決定了核反應(yīng)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(qiáng)，使更多的氫原子核相互接近，核反應(yīng)的速率也就更高。

　　當(dāng)太陽(yáng)已經(jīng)是一顆成熟的恒星后，核反應(yīng)的速率與恒星物質(zhì)的重力達(dá)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(yīng)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(xù)。反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果太陽(yáng)向中間收縮，將會(huì)使核反應(yīng)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(xù)。總之，一旦步入壯年，太陽(yáng)想向外擴(kuò)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(wěn)定在一個(gè)相對(duì)固定的個(gè)頭上。

　　這種精巧的平衡并非我們太陽(yáng)的專利，而是放之宇宙而皆準(zhǔn)的一個(gè)基本原理�？茖W(xué)家們通過(guò)長(zhǎng)期的觀測(cè)積累后，發(fā)現(xiàn)處于壯年的恒星幾乎都處在這樣一種穩(wěn)定的狀態(tài)中。科學(xué)家們把處于這些狀態(tài)的恒星稱為“主序恒星”。對(duì)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(yīng)速率要高于質(zhì)量較小的恒星。

　　光年

　　光年是長(zhǎng)度單位，用來(lái)計(jì)量光在宇宙真空中沿直線傳播了一年時(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(jì)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(jì)量天體時(shí)空距離的單位。宇宙中天體間的距離很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)，如果采用我們?nèi)粘Ｊ褂玫拿住⑶�米（公里）作�?jì)量單位，那計(jì)量天體距離的數(shù)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(jì)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)是南門二（半人馬座α）三合星的第三顆星，依拜耳命名法也稱為半人馬座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(xiàn)的，當(dāng)時(shí)他是擔(dān)任約翰尼斯堡（Johannesburg）聯(lián)合天文臺(tái)（Union Observatory）的主管。

　　稍有天文常識(shí)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(duì)于我們來(lái)說(shuō)也是遙遠(yuǎn)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，來(lái)回就得17萬(wàn)年。在廣袤的宇宙系統(tǒng)中，雖說(shuō)是比鄰也遠(yuǎn)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(cè)量科學(xué)數(shù)據(jù)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。