理科生|理科生终于哭了！《流浪地球》竟隐藏了这么多高考考点，是魔鬼吗？( 三 )
太阳进行核聚变的三步链式反应。图片来源wikipedia
牛顿第二运动定律的常见表述是：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，且与物体质量的倒数成正比；加速度的方向跟作用力的方向相同。
该定律是由艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》一书中提出的。牛顿第二运动定律和第一、第三定律共同组成了牛顿运动定律，阐述了经典力学中基本的运动规律。
为了移动地球，地球人建造了万台超级聚变发动机，每座11公里高，总共能产生150万亿吨的推力，约为150亿亿牛顿。地球的质量大约6亿亿亿千克，利用牛顿第二定律，可以粗略计算除发动机推动地球产生的加速度约等于0.000000025倍的地球表面重力加速度，也就是0.00000025m/s2，相当于地球在一年后的速度只有大约7.9m/s，尚且不如博尔特在100m赛道上的速度，根本无法驱动地球逃离太阳系的束缚。
核聚变（nuclear fusion），又称核融合、融合反应、聚变反应或热核反应。核是指由质量小的原子，主要是指氘，在一定条件下（如超高温和高压），只有在极高的温度和压力下才能让核外电子摆脱原子核的束缚，让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核（如氦），中子虽然质量比较大，但是由于中子不带电，因此也能够在这个碰撞过程中逃离原子核的束缚而释放出来，大量电子和中子的释放所表现出来的就是巨大的能量释放。
这是一种核反应的形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放。核聚变是核裂变相反的核反应形式。科学家正在努力研究可控核聚变，核聚变可能成为未来的能量来源。核聚变燃料可来源于海水和一些轻核，所以核聚变燃料是无穷无尽的。 人类已经可以实现不受控制的核聚变，如氢弹的爆炸。
影片中提到地球发动机的能量来自“重元素聚变”。核聚变这个概念我们并不陌生，“两弹一星”中氢弹就是一种剧烈的核聚变现象。所谓重元素聚变一般发生在大质量恒星演化末期的核心处，这里说的大质量最少也要8颗太阳质量以上了。
实际上，我们身边的元素，除了氢和氦，基本都是在恒星燃烧、超新星爆炸以及中子星合并过程中形成的。有句话说的很好“我们其实都是核废料”。
例题：
它们之间的平衡使太阳没有成为一颗氢弹
其实，这种力量就是我们最熟悉的重力，让牛顿的苹果落到地面的重力。
从感觉上，司空见惯的重力似乎很难和毁天灭地的核反应相匹敌。但量变会引起质变，聚合成质量相当于33万个地球的太阳的物质所产生的重力，已经足以控制住核反应。事实上，可以说是重力与核反应之间的相互作用主宰了太阳的生命印记。
美丽的猎户座星云，正在通过聚集物质的方式孕育新的恒星。图片来源：NASA
太阳这样的恒星形成于原始星云，在自身重力的作用下，组成原始星云的物质不断向一起聚集收缩，密度和压强不断增大。人类制造的核聚变装置中，无论是不可控的氢弹还是可控的托卡马克，像启动汽车发动机一样使核聚变开始，是一件相当困难的事情。进行核聚变的带正电荷的原子核间存在静电斥力，这种斥力像一座大山一样，横亘在核聚变发生的道路上。
要触发核聚变，就必须先有足够的能量克服静电斥力，翻过这座大山，让发生聚变的原子核足够接近。在引爆氢弹时，触发核聚变发生，靠的是先行引爆的一颗小型核裂变原子弹所产生的温度和压强。对于托卡马克，这种“大力出奇迹”的点燃手段显然不适用，则需要采取欧姆加热和其他辅助加热手段共用的方式来让核聚变开始。
在太阳这样的恒星形成时，点燃核聚变靠的仅仅是重力的挤压。由于物质本身的压强产生的向外膨胀的力，不足以抵御驱动物质向内收缩的重力，星云中物质一边聚集一边向内收缩的过程可以不断持续下去，中心的密度和压强持续增高，迫使氢原子核相互接近，进而触发了核聚变反应开始。
同时，恒星中聚集的质量又决定了核反应的速率。质量越大的恒星，中心会受到更大的重力压迫，产生更高的压强，使更多的氢原子核相互接近，核反应的速率也就更高。
当太阳已经是一颗成熟的恒星后，核反应的速率与恒星物质的重力达到了一种简洁又精巧的平衡。如果太阳从平衡态向外膨胀，中心受到的挤压减小，核反应的速率将会降低，产生的能量将会减少，恒星中心的温度将会降低。
这样，恒星中心向外膨胀的力无法支撑恒星向中心收缩的重力，膨胀过程无法持续。反过来说，如果太阳向中间收缩，将会使核反应加速，产生更大的向外膨胀的力，收缩过程同样无法持续。总之，一旦步入壮年，太阳想向外扩张时后劲不足，想向里收缩时又会受到很大的抵触，因此只能稳定在一个相对固定的个头上。
使恒星向内坍缩的重力与使恒星向外膨胀的核聚变反应在主序恒星阶段达到平衡。原始图片来源：http://large.stanford.edu/courses/2011/ph241/olson1/
这种精巧的平衡并非我们太阳的专利，而是放之宇宙而皆准的一个基本原理。科学家们通过长期的观测积累后，发现处于壮年的恒星几乎都处在这样一种稳定的状态中。科学家们把处于这些状态的恒星称为“主序恒星”。对于这些恒星来说，确切的平衡点位置与恒星的总质量有关。质量较大的恒星，平衡状态下的核反应速率要高于质量较小的恒星。
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