地球上有什麼物質能靠近太陽而不融化,甚至隔離太陽的熱量?
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首先,謝邀。
想要抗住太陽的高溫,只需要了解太陽表面的溫度,以及我們已知的那些高熔點的物質,能不能去抗衡就好了。
鉿合金,鉿合金的熔點達到了4215℃!這是我們人類能合成出來的熔點最高的物質!那麼太陽呢?且不說太陽內部,太陽光是表面的溫度,就有5500-5800度,這和4215度之間還有著本質的差距。
從這個角度看,別說是在地球上尋找了,就算是把地球推近,地球都會融化的。這大約就是無一合之將的意思了吧。
實際上,在宇宙里,中子星、暗物質、黑洞等,都是可以接近太陽的。尤其是黑洞,只要足夠規模,可以迅速把整個太陽系吸進去且無法逃逸。
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很遺憾,沒有。不過要製造一個「裝太陽的容器」未必需要耐熱的材料,隔絕太陽的熱量也未必需要用絕熱材料,咱們慢慢看。
太陽表明的溫度在5500℃左右,太陽核心則能達到1500萬℃。而地球上天然存在的熔點最高的物質是鎢,熔點是3410℃,人工合成的最耐高溫材料的熔點也不超過4200℃。目前我們沒有任何材料可以承受太陽的高熱。既然有形之物做不到,我們可以考慮一些「無形之物」。
先問一個問題,為什麼太陽是球形的?太陽中心在發生氫聚變,相當於持續不斷的大量氫彈爆炸,強大的輻射壓把物質不斷噴射出去,那麼是什麼力量約束太陽保持球形不炸開呢?是引力,太陽自身巨大的質量形成引力場,把表面的物質拽向核心,同時輻射壓把核心物質向外噴發,形成平衡,保持了球形。換句話說,引力場就是裝太陽的「容器」。
科學家想在地球上造一個人工太陽「可控核聚變」來解決能源問題,既然目前沒有一種物質能夠裝太陽,所以科學家也是希望利用場來約束太陽。不過人造小太陽質量很小,不足以形成足夠大的引力場,科學家用的是磁場。高中物理知識,帶電粒子在磁場中會發生偏轉。聚變的原材料氫核和產物氦核都是帶正電的,如果我們有一個精心設計的強磁場,讓核反應只在能在場內進行,帶電粒子都飛不出了,我們就有了一個裝「小太陽」的「容器」了。
再來說隔熱的事,大家聽過「紙鍋燒水」吧?沸騰的水帶走多餘的熱量使得紙鍋溫度達不到著火點。目前的核電站也是類似原理,用大量水來冷卻反應堆,裡面在核裂變,外面卻感受不到澎湃的熱量。未來的人工太陽核聚變發電站也是利用同樣原理。用冷卻液帶走熱量對設施外隔熱,同時用冷卻劑吸收的熱量來發電。
可控核聚變的原理我說的比較通俗,實際上還有很多複雜的細節。不過近年發展很快,不久的未來我們將會在地球表面製造我們自己的太陽。
1 : 好吧,糾正一下1樓,鎢的熔點的確是3410℃,但是它並不是熔點最高的物質,人類目前已知熔點最高的物質確是鉿合金,鉿合金的熔點達到了4215℃,這個溫度和太陽表面的5500℃還有一段距離,所以即使是鉿合金,也無法接近太陽。
3 : 那麼宇宙中有沒有什麼物質可以接近太陽,並且不會被影響呢,答案是有,第一種是暗物質,但是暗物質不一定是一種物質,它可能是一種粒子或者其他人類未知的東西,科學家認為太陽的附近分布著大量的暗物質,這些暗物質不僅不會受到太陽的影響,並且分布在整個銀河系當中。
很遺憾,這個真沒有。不要說地球上的物質了,就算是整個地球,太陽都能將其融化。
目前地球上熔點最高的物質是鉿合金——五碳化四鉭鉿化合物,熔點高達4215攝氏度。不過很遺憾,太陽表面溫度5500攝氏度,足足差了一千多攝氏度。而單純溫度達到一千多攝氏度,就足夠將大部分石頭融化了。
如果再往裡延伸,太陽的核心區溫度可以達到1500萬攝氏度,毫不誇張,人類即便穿過表面進入核心,在強大的壓力以及極高的溫度下,你也會成為核聚變原料。
至於隔離太陽熱量,我們這裡只考慮熱輻射這個方面。
如果將熱輻射全部反彈,而熱輻射的傳遞形式就是電磁波,因此如果能造出一塊反射率達到100%,可以反射全波段的「鏡子」,理論可以完全隔絕熱輻射。可惜這又是理論上的可能,實際中並不存在。
一句網路上的玩笑話——「我們等太陽落山,再靠近」
期待您的點評和關注哦!隨著人類對可控核聚變技術的成熟,人類對高溫的控制將達到一個嶄新的階段。
目前人類掌握最高熔點的物質是鉿合金,鉿的化合物叫五碳化四鉭鉿(Ta4HfC5),熔點可達4215攝氏度。但這點溫度對於太陽來說還是小巫見大巫,太陽表面溫度約6000攝氏度,而且活動頻繁,冒一個泡泡(日冕噴發)就有幾百萬度。太陽的中心溫度為1500萬攝氏度,是一個更為極端的地方。
按照這種思路,即使把地球塞到太陽里,也不如在鍊鋼爐中丟進一個拳頭大的煤球。但人類不會這麼傻到用雞蛋去碰石頭,人類之所以成為太陽系唯一智慧體,是因為有思維,有很多辦法。物質也並非就是這麼一種看得見摸得著的東西。
地球上目前看得見的物質,的確不能能夠抵禦太陽高溫,但人類正在開發的可控核聚變,又叫人造太陽,需要約束的溫度達到億度以上,是太陽中心溫度的若干倍。那麼是用什麼樣的容器來盛裝這麼高的溫度呢?目前比較有應用前景的是慣性約束、重力場約束、磁約束。
在現代物理學中,重力場、磁場都被視為是一種特殊的物質,是一種看不見摸不著的物質,它們都具有量子力學的波粒輻射特性,因此是客觀存在的一種物質。
這些特殊的物質,就能夠抵禦太陽的高溫。
以現在可控核聚變應用前景更為明朗的磁約束為例,是用特殊形態的磁場,把氘、氚等輕原子核和自由電子組成的熱核反應狀態等離子體,約束在有限的體積內,使它能夠受控的發生大量原子核聚變反應。
根據氘、氚聚變反應截面積計算,氘、氚的混合氣體需要達到10千電子伏(相當於11605×10^4開以上的溫度),氘氚原子核才能夠得到足夠高的速度來克服它們相互之間的靜電排斥力,穿透勢壘發生聚變,從而釋放出巨大的能量。
目前中國設在合肥的EAST超托卡馬克反應體在這方面的研究已經領先世界,中國參與的ITER國際熱核實驗反應合作項目也有了巨大進展,可控核聚變有望在20-30年內實現商業運營,從根本上改變人類能源狀態,提升人類文明水平。
因此必須最大限度利用太陽核聚變能源,只有向太陽進軍,實施戴森球工程。
人類要靠近太陽,甚至進入太陽攫取能量,將很可能會利用這種特殊的物質-磁力場或重力場。人類能夠通過磁約束將億萬度高溫約束在裝置內,就有可能在飛船外面形成磁力場防護罩,這種磁場防護罩能夠有效的隔離太陽高溫,還有可能實現重力場的隔離也不是不可能。
儘管人類目前採用磁約束進行的可控核聚變實驗,以及今後實現了規模化的可控核聚變,這種能量的約束相比隔離太陽熱度來說還是微乎其微的,但人類的潛力是無止境的。相信隨著文明程度的提升,科學技術將以幾何數級發展,人類利用磁力約束的能力會有質變的提升,到那時,人類接近太陽甚至進入太陽都完全有可能。
這應該是達到二級恆星級文明的基本度標之一吧。
人類目前對宇宙的認知還處於很低層次,隨著文明水平的提升,可能還會有許多辦法來隔離太陽高溫,以達到進入太陽、改造和利用太陽的目的。
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自然界中熔點超過3500度的物質都很少見到的,目前熔點最高的物質是鉿合金(Ta4HfC5),熔點是4215攝氏度,用在航天和核能領域,其他的什麼反物質、純中子構成的物質都是想像一下罷了,即使有純中子構成的物質,密度得多大啊,一個指甲蓋大小的純中子構成的物質一輛大卡車都運不動。
這個話題不得不想到核聚變核聚變理論早已經提出,質量虧損理論也通過氫彈的爆炸模型被證實,五十年又一個五十年過去了,但是聚變堆仍然處於試驗階段,到目前為止任何一個實驗室不管是宣布實驗維持了多少秒,給聚變裝置輸入的能量還是大於輸出的能量,一個主要的瓶頸就是缺個抗高溫,抗高壓的裝置啊。
科學家一直沒能找個這麼一個反應爐,所以自然界目前是不存在這種實物的,物質除了包括實物還包括場,如果不要求實物,那麼場可以達到題主的要求,但是無法屏幕溫度,目前一個聚變的研究方向就是利用磁場來約束等離子態的反應物的。
綜上,如果說有那隻能是場,實物沒有。
地球上有什麼物質能靠近太陽而不融化,甚至隔離太陽的熱量?
想必各位都知道太陽表面的溫度約為6000度,但卻並非是太陽的最高溫度,當然我們說的不是核心,而是在表面之外上百萬公里區域內的日冕層,溫度高達100-200萬度,不用找了,我們地球上沒有任何一種材料能扛得住如此高溫!
當然我們也不妨來羅列下地球上極耐高溫的材料,看看6000度能頂住不?
1.碳化硅 SiC(2820℃)
2.鋨 Osmium(3045℃)
3.碳化鈦TiC(3100℃)
4.錸 Rhenium(3180℃)
5.二硼化鈦 TiB2(3225℃)
6.二硼化鋯 ZrB2(3245℃)
7.鎢 Tungsten(3400 oC)
8.金剛石 Diamond(3550 oC)
9.石墨 Graphite(3652 oC)
10.碳化鉭鉿合金 Ta4HfC5 (3990oC)
以上幾種為最耐高溫的材料,很不幸太陽表面的大部分區域將使其灰飛煙滅,當然也許黑子區域支撐的時間會更長一些,因為黑子的溫度一般就是4000度左右。
黑子如同地球般大小
在這種劇烈能量釋放的區域,溫度將會更高,無論是耐熱還是耐衝擊,都沒有任何一種材料可以在這種環境下長期存在!
而太陽由外到內的溫度是慢慢升高的,核心溫度更是高達1500萬攝氏度,太陽就是靠如此高溫和高壓來啟動核聚變反應成為恆星的,所以說可以把太陽看成一個每時每刻都在爆炸的氫彈倉庫。
太陽的溫度雖然高,但並不是沒有解決的辦法,目前人類研究可控核聚變技術的托卡馬克裝置中的溫度已經達到了5億多攝氏度,利用的就是磁約束,理論上來說磁約束可以無視任何溫度,所以人類將來如果能製造出一種高溫屏蔽力場,那麼就能無視太陽的超高溫了。
美國不久前發射的「帕克」號太陽探測器就將抵達距離太陽620萬公里的地方對太陽進行探測,這個距離的帕克號會受上千度太陽熱量的炙烤,所以帕克號身上裝備了11.4裡面的隔熱材料,而且還帶了純凈水進行降溫,因為水的比熱容遠大於其他液體。
但就是這樣「豪華」的隔熱和降溫配置,帕克號仍然不能長期的觀察太陽,它會定期的退縮到金星軌道附近進行降溫,從而實現對太陽長久性的周期探測。
太陽是太陽系中表面最熱的天體,高達5600℃,它集合了太陽系絕大多數的物質,占太陽系可見物質總量的99.86%,這些物質在太陽上既不是固態也不是液態還不是氣態,而是等離子態,也就是說太陽本身就是一個巨大的等離子球。
地球上沒有任何東西能夠抵擋太陽的溫度,如果我們的地球靠近太陽,會很快被融化並汽化掉,最終成為等離子態,變成太陽這個巨大等離子體的一部分。
不但是地球上的物質無法承受太陽的高溫,科學家們製造出的所有物質和物體也無法在太陽表面的高溫之下不融化,電燈泡裡面的鎢絲可以承受3415℃的高溫,人造熔點最高的鉭鉿合金需要達到4200多℃的高溫才會融化,然而太陽表面的溫度高達5600℃,仍然能將它們融化甚至汽化掉。
那麼人類真的就無法到達太陽表面了嗎?其實這個可能性也不能完全否定,比如現在人類正在研製的可控核聚變技術,在核聚變的瞬間會產生高達幾千萬甚至上億攝氏度的溫度,地球上當然也沒有能承受如此高溫的物體,但是科學家們卻能利用人造磁場將能量控制在一定的空間範圍中,那麼如果人類將來利用這種技術有沒有可能觸摸太陽呢?
當然人類不可能製造一個巨型磁場將整個太陽控制起來,不過我們或可在探測器或者飛船的前端安裝一個這樣的單向輸出的磁場,讓其對太陽能量進行分流,使得太陽輻射過來的能量分向兩邊,這樣探測器和飛船受到的熱輻射就少多了,如果磁場裝置不能長時間經受太陽高溫,也可以不斷對發射磁場的裝置進行更換,更換之後立即降溫,之後再進行置換,這樣循環下去,我們或能做到靠近太陽表面。
前段時間,美國人發射的帕克太陽探測器會從距離太陽610萬公里處掠過,那裡的溫度高達幾十萬攝氏度,理論上比太陽表面的溫度還高,但是由於粒子的密度比較稀薄,那裡的實際溫度大約在900到1300℃之間,帕克太陽探測器採用了碳複合材料隔熱技術,用厚達12厘米的碳護板阻擋太陽的光熱輻射,可以抵禦1400℃的高溫,所以帕克探測器即便如此近距離地接觸太陽也將安然無恙。
不過帕克太陽探測器使用的仍然是一種十分原始的隔熱技術,但是這種簡單的隔熱技術還是被人類用來探測太陽,相信將來人類一定會有更高的技術手段來隔絕熱量的輻射,做到觸摸太陽不會永遠是天方夜譚。
如果離太陽八個半多太陽半徑可以算「靠近」的話,那麼現在的碳複合材料可以做到靠近太陽。
美國宇航局將在今年發射帕克太陽探測器,這個探測器將來會飛過離太陽近九個太陽半徑的地方(有可能還會更近),成為人類歷史上最靠近太陽的人造物體,這是個什麼概念呢?
假如太陽是一個直徑1米的「大火球」,那麼帕克探測器最近可以飛到離「大火球」4米半的地方,想想跟一個大火球待在同一間屋子裡是個什麼感覺?
↓帕克太陽探測器靠近太陽的想像圖,圖自jhuapl↓
「隔離熱量「這件事需要特殊的技術和方法,而不是單純尋找一種神奇的物質就能搞定的。
舉個例子,紙看起來很容易燃燒,基本一點就著,但是如果用紙做成鍋,在裡面盛滿水,再放到火上加熱,甚至可以把水燒開!搜一下紙鍋燒水會有很多圖和視頻。
在地球上,要想「隔離熱量「,至少需要兩點,一個是通過遮擋陽光來防晒,一個是通過冷卻空氣來降溫。
太陽附近並沒有空氣,所以主要做好防晒就可以了。帕克探測器有一套熱保護系統,有點像碳複合材料做的「遮陽傘」,這把「遮陽傘」有11.43厘米厚。
雖然到時候「遮陽傘」表面溫度可以達到1377度,但是碳複合材料可以耐受2000度的高溫,所以可以擋住太陽強烈的輻射,有效的保護後面的探測儀器。
此外帕克探測器還有一套冷卻系統,可以給太陽能板降溫。
↓帕克太陽探測器,圖自jhuapl↓
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