《流浪地球》理綜科目最全高考知識清單(4)
2019-02-13 15:43:28網(wǎng)絡(luò)整理
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，因此也能夠在這個碰撞過程中逃離原子核的束縛而釋放出來，大量電子和中子的釋放所表現(xiàn)出來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的能量來源。核聚變?nèi)剂峡蓙碓从诤Ｋ鸵恍┹p核，所以核聚變?nèi)剂鲜菬o窮無盡的。 人類已經(jīng)可以實現(xiàn)不受控制的核聚變，如氫彈的爆炸。
影片中提到地球發(fā)動機的能量來自“重元素聚變”。核聚變這個概念我們并不陌生，“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，這里說的大質(zhì)量最少也要8顆太陽質(zhì)量以上了。
實際上，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程中形成的。有句話說的很好“我們其實都是核廢料”。
例題：
它們之間的平衡使太陽沒有成為一顆氫彈
其實，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。
從感覺上，司空見慣的重力似乎很難和毀天滅地的核反應(yīng)相匹敵。但量變會引起質(zhì)變，聚合成質(zhì)量相當于33萬個地球的太陽的物質(zhì)所產(chǎn)生的重力，已經(jīng)足以控制住核反應(yīng)。事實上，可以說是重力與核反應(yīng)之間的相互作用主宰了太陽的生命印記。
太陽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。人類制造的核聚變裝置中，無論是不可控的氫彈還是可控的托卡馬克，像啟動汽車發(fā)動機一樣使核聚變開始，是一件相當困難的事情。進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，翻過這座大山，讓發(fā)生聚變的原子核足夠接近。在引爆氫彈時，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讓核聚變開始。
在太陽這樣的恒星形成時，點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(qū)動物質(zhì)向內(nèi)收縮的重力，星云中物質(zhì)一邊聚集一邊向內(nèi)收縮的過程可以不斷持續(xù)下去，中心的密度和壓強持續(xù)增高，迫使氫原子核相互接近，進而觸發(fā)了核聚變反應(yīng)開始。同時，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(yīng)的速率也就更高。
當太陽已經(jīng)是一顆成熟的恒星后，核反應(yīng)的速率與恒星物質(zhì)的重力達到了一種簡潔又精巧的平衡。如果太陽從平衡態(tài)向外膨脹，中心受到的擠壓減小，核反應(yīng)的速率將會降低，產(chǎn)生的能量將會減少，恒星中心的溫度將會降低。這樣，恒星中心向外膨脹的力無法支撐恒星向中心收縮的重力，膨脹過程無法持續(xù)。反過來說，如果太陽向中間收縮，將會使核反應(yīng)加速，產(chǎn)生更大的向外膨脹的力，收縮過程同樣無法持續(xù)。總之，一旦步入壯年，太陽想向外擴張時后勁不足，想向里收縮時又會受到很大的抵觸，因此只能穩(wěn)定在一個相對固定的個頭上。
這種精巧的平衡并非我們太陽的專利，而是放之宇宙而皆準的一個基本原理。科學(xué)家們通過長期的觀測積累后，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”。對于這些恒星來說，確切的平衡點位置與恒星的總質(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
光年是長度單位，用來計量光在宇宙真空中沿直線傳播了一年時間的距離，一般被用于衡量天體間的時空距離，其字面意思是指光在宇宙真空中沿直線傳播了一年時間所經(jīng)過的距離，為9,460,730,472,580,800米，是時間和光速計算出來的單位。
“年”是時間單位，但“光年”雖有個“年”字卻不是時間單位，而是天文學(xué)上一種計量天體時空距離的單位。宇宙中天體間的距離很遠很遠，如果采用我們?nèi)粘Ｊ褂玫拿住⑶祝ü铮┳饔嬃繂挝唬怯嬃刻祗w距離的數(shù)字動輒十幾位、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間所走過的距離。距離=速度×時間，光速約為每秒30萬千米（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，當時他是擔(dān)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，距離太陽系最近的恒星是“比鄰星”，只有4.2光年。雖說是只有4.2光年，但是對于我們來說也是遙遠不過的距離了，要知道1光年大約等于9.5萬億公里。如果用最快的宇宙飛船，到比鄰星去旅行的話，來回就得17萬年。在廣袤的宇宙系統(tǒng)中，雖說是比鄰也遠在天涯。
比鄰星和太陽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(shù)據(jù)時，最喜愛以比鄰星和太陽為樣本，這就是比鄰星在科學(xué)上的最大價值。
