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到了1935年,英国科学家霍姆斯测出来地球上最老的岩石大约是35亿年。也就是说,地球的年龄至少有35亿年(现代测定,地球的年龄是46亿年)。
地球能比太阳年龄大吗?
在太阳系中,太阳是质量最大的中心天体。在太阳系的总质量中,太阳占了99。9%,所以,有足够强大的引力,使太阳系的其他天体都环绕着它运行。太阳又是太阳系中唯一的能够自身发光的天体,它是太阳系的光和热的主要源泉,它照亮了整个太阳系,也晒热了整个太阳系。而地球不过是绕着太阳转的一颗比较小的行星。人们用放射性方法测定出来,地球的年龄有几十亿岁了。那么太阳的年龄有多大呢?当时的科学家推算,太阳是2200万岁。真奇怪,地球竟比太阳的年龄大100多倍!这怎么可能呢?
必定有一个年龄搞错了。地球年龄的测定是相当可靠的,看来太阳的年龄可能推算错了。太阳的年龄就是不比地球大,无论如何也应该和地球相等。是不是可以把太阳的年龄改一下呢?
不行!天文学家提出了不同的意见。他们说:我们虽然不能从太阳上取一块物质来直接研究它的年龄,但是有一点是没有错的,那就是太阳在不断地发出大量的光和热,它每分钟发出多少能量是测准了的;同时,太阳的体积和质量,我们也是能够准确计算的。要说太阳的年龄像地球一样,也有几十亿年,那么,它烧的是什么燃料呢?为什么能维持这样长的时间而不熄灭呢?
在18世纪就有人算过,如果太阳是一大块煤,那要不断地发这么多的光和热,只能烧5000年。这个年龄显然太小了。后来,德国科学家赫尔姆霍茨认为,太阳发光发热是由于它不断地收缩,把位能转变成为热能。他计算出来,太阳的年龄是2200万年,还可以再发光发热1000万年。他的这个结论一直延用了半个世纪,要它,必须先回答太阳烧的是什么。
太阳烧的是什么?
在回答这个问题之前,我们先介绍一下科学家用氦气做实验的时候发现了什么。
上面已经说过,卢瑟福和索地发现放射性物质放出的α射线,原来就是无数失去了电子的氦原子。它们由放射性物质中一粒一粒地射出来,所以又叫做α粒子。α粒子射出来的速度非常大,每秒可以达到上万公里!
卢瑟福用放射性物质放出来的高速度的α粒子去轰击各种物质。他发现原子像个小太阳系一样:中心有一个带正电的核,周围有电子绕核转圈子。
卢瑟福又想试试,把α粒子别的原子核里面去,会发生什么结果。他选用了镭C′(镭C′是钋的放射性同位素,它是镭蜕变而产生的)放出来的α粒子。这种α粒子速度特别大——每秒19200公里。
实验的结果是:高速的α粒子氮的原子核里去了,同时放出来一个新粒子——质子。质子也就是氢原子核。卢瑟福在1919年,第一回用人工实现了原子核反应,同时发现了质子。
卢瑟福接下去就用α粒子对各种元素进行轰击,看看哪些元素能起反应。在试验铝的时候发现,铝被轰击以后变成了硅,同时,放出来极大量的能,比燃烧同量的煤放出的能要大700000倍!
核反应能放出大量的能。太阳上是不是也在进行核反应呢?
太阳温度特别高,表面有6000摄氏度,核心能到2000摄氏万度,密度也特别大。在这样高的温度下,各种原子外层的电子都脱离了原子核,原子核以极大的速度碰来碰去,当然会发生核反应。
1938年,美国的贝特和德国的魏札克证明了太阳上烧的是氢。这不是氢和氧燃烧的化学反应,而是在高温和高速运动的条件下,氢原子核碰在一起的核反应——四个氢原子核生成一个氦原子核。这就是热核反应。
在热核反应中,1克氢全部变成氦,能放出多少热呢?据计算,这些热能使400吨冰完全变成水蒸气!而1克氢气在跟氧气化合的时候,放出来的热只能使47克冰变成水蒸气。这就是说,氢在热核反应中放出的核能,比在化学反应中放出的化学能,要多出8500000倍。
太阳的能源是在氢原子核聚变成氦原子核的过程中放出来的热核能。在这样的热核反应中,消耗的是氢核,产生的是氦核。太阳元素——氦,原来就是氢进行核燃烧后的“灰烬”。
据计算,太阳上氢合成氦的热核反应,已经进行了差不多50亿年了,以后还可以继续50亿年。
问题解决了,地球的年龄不比太阳大了。同时人们也弄清了太阳元素——氦的来源:在太阳上,氦是氢的热核反应生成的;在地球上,氦是放射性元素蜕变生成的。
战场上的氦
在天空中飞翔,是人类自古以来的希望。发现了氢气以后,乘坐氢气球在天空中飞来飞去,成了时髦的事情。氢气球越做越大,后来发展成为巨大的飞艇。
第一艘飞艇是德国工程师齐柏林在1900年设计的,艇身长128米,里面装有9910立方米的氢气。人们把这种飞艇叫齐柏林飞艇。
1914年8月,在欧洲爆发了第一次世界大战。德国先后制造了123艘齐柏林飞艇用于战争。为了防御飞艇,英法联军用高射炮发射烧夷弹来对付它。因为氢气遇火就会燃烧爆炸,飞艇只要被烧夷弹击中,立刻就会在天空中炸毁。
但是,1914年秋天,在法国北部的战场上发生了奇怪的事:一艘德国飞艇被英军的炮弹打穿了,它竟然没有着火爆炸,而是掉转头飞回去了。
这真是个谜!英国军部研究了好久,也弄不清楚这艘飞艇为什么没有着火爆炸。
最后,英国军部接到了化学家特莱福的来信。他写道:“德国人发明了一种取得大量氦气的方法。这次用来充齐柏林飞艇的不是氢气,而是氦气。氦气也是很轻的气体,仅比氢气重一倍,因此充氦气的飞艇的升力跟充氢气的飞艇相差不多。但是在其他方面,氦气比氢气的优点大得多。要知道,氢气很喜欢跟氧气化合,因此它很容易燃烧。氦气不与任何东西化合,也不与氧气化合,它是惰性气体。如果德国的飞艇真是充氦气的话,那么烧夷弹没把它烧毁是不足为奇的。”
特莱福的理由很使人信服,但是从什么地方得到这样多的氦气呢?一艘飞艇需要用几千立方米的氦气;要得到这么多的氦气,就需要处理几万吨的方钍矿或是别的放射性矿物,而德国是没有这些矿物的。由空气中提取吗?这就需要几百台制冷机不停地工作一整年,而在战争时期,这是不大可能办到的。
英国军部对这个问题十分感兴趣,召集了各门科学家开会,提出找寻大量氦气资源的任务。他们研究讨论了很久,终于回想起1907年美国化学家开迪和马克发兰的一篇研究报告。
开迪和马克发兰在分析天然气的时候曾经发现,在堪萨斯州一个地方的天然气中,含有1。5%的氦气。但是当时没有人想到氦的实际应用,没有重视这个发现。现在,为了制造不会着火爆炸的大飞艇,人们又开始大规模地找氦气,在天然气中找氦气。最后,人们在加拿大的石油气中找到了氦气,于是立即建立起提取氦气的工厂。等到几千立方米的氦气提取出来了,第一次世界大战已经结束了。
飞艇的过去和未来
战争停止了,不用担心飞艇在天空中飞行的时候会被烧夷弹打中了。这时候虽然发现了氦气资源,但是氦气终究不如氢气便宜。人们继续制造充氢气的大飞艇。1928年,工程师埃克纳制造了240米长的大飞艇“齐柏林号”,飞艇上有卧室、餐厅,可以乘坐几十名旅客,每小时能飞行100多公里。这艘飞艇横跨大西洋往来飞行,没有发生事故。
但是,埃克纳的另一艘大飞艇“兴登堡号”的命运就十分糟了。1937年5月6日,这艘飞艇飞过美国纽约城上空,居民们纷纷挥手向它致意。但是快要飞到目的地的时候,它突然着火爆炸了,飞艇上的乘客的遭遇也就可想而知了。
此后,谁也不肯冒着生命危险去乘坐氢气飞艇了,还是氦气飞艇安全。
人们在制造氢气飞艇的同时,也在制造氦气飞艇。当然,它们是不会着火爆炸的。但是,不幸的是,世界上最大的氦气飞艇却先后遇到风暴而失事了。而飞机越来越发展,飞艇渐渐地在天空中绝迹了。
在今天,天空中要是突然飞来一艘大飞艇,一定会引起大家的惊�