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【太阳光发出数万年才到达我们眼里?我们看到的不是8分钟前的吗?】
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太阳光当然是8分钟前的 。 太阳平均距离地球1.496亿公里 , 光从其表面发出到达地球约需要500秒时间 , 一分钟为60秒 , 也就是说太阳光大约在8分20秒左右到达地球 。 所以我们看到的太阳光都是大约8分多钟之前发出的 。
大家可能都在一些科普书籍或者文章里看到过太阳发光的原理 。 太阳是通过引力作用导致核心压力增加温度升高 , 当核心压力和温度达到足够高时(约3000亿个大气压、1500万开尔文)核心的氢就会被点燃核聚变 , 同时释放出大量的能量 , 当中包括了中微子和高能光子 。
在继续下去之前我们可以先来看一下太阳的结构图:
根据目前的理论模型 , 太阳内部分成不同的区域 , 从里到外分别是:氢核聚变所在的核心区(约中心半径1/4范围内)、光子向外辐射经过的辐射区(半径1/4到0.86倍半径范围内)、热交换的对流层(0.86倍半径到接近表面的范围内)、发出黑体辐射的光球层(表面厚度约500公里 , 这里是我们看到的太阳的可视边界)、色球层(表面厚度约2500公里)、日冕层(色球层外色球层产生的太阳风逃逸区) 。
前面说到 , 在核心区发生的氢核反应后释放出大量的中微子和高能伽马光子 , 其中中微子由于不参与电磁相互作用 , 而且个头极小 , 因此中微子在太阳的等离子海洋里几乎畅通无阻地辐射出来 。 由于中微子质量极小 , 速度接近光速 , 因此它们实际上在被氢核反应辐射出之后约8分多钟就会到达地球 , 但同样由于前述原因 , 它们绝大多数会畅通无阻地穿透地球而去 , 不会带给地球任何来自太阳的能量 。 只有极少极少部分会与地球物质发生相互作用并释放能量 , 其中包括被地球的中微子探测器拦截到的部分 。
但是高能光子的运气就没那么好了 , 它们被氢核聚变反应辐射出来以后 , 由于光子本身参与电磁相互作用 , 在核心附近的等离子海洋中很快就被吸收 。 不过由于能量极高 , 被吸收的辐射很快又被释放出来 , 极高的能量产生的辐射压抵御了引力向内的收缩压力 , 达到一种微妙的平衡 , 使核心氢核聚变能相对缓慢的进行 , 不至于像氢弹一样一下子把所有核心的氢都点燃并迅速消耗完 。 正因这种微妙的平衡 , 使我们的太阳可以稳定地持续发光一百亿年 。
这种辐射的能量在向外传播的过程中渐渐降低 , 随着远离核心 , 温度逐渐降低的同时辐射出的光子频率也相应降低 , 从核心区的伽马射线 , 到辐射区的X射线 , 到远紫外线 , 到紫外线 , 当到达表面的光球层时 , 其热辐射谱的峰值已经在可见光范围内了 。
因此我们看到的大量太阳光都是可见光 , 这其实也是一种自然选择的结果 。
从伽马射线到可见光 , 这个吸收释放的过程有点曲折离奇 , 它类似于散射的过程 , 并没有确定的路径 , 因此这些伽马光子从核心核聚变中产生到到达太阳表面时 , 所经历的时间是也不一样的 , 最终的频率也不一样 。
太阳光的光谱是一种与温度强相关的黑体谱 , 黑体谱是一种连续光谱 , 里面各种频率的光子都有 , 而太阳的表面温度约5770K , 对应的黑体辐射光谱峰值在黄绿光附近 , 因此太阳光辐射主要都集中在可见光附近 。
虽然核心辐射到达太阳表面的时间不一样 , 频率也不愿意 , 正如它的辐射频率有一个峰值一样 , 其到达表面的时间也有一个平均值 , 大约数万年左右吧 。 但很明显 , 最终出来的那个光子早已不是核心所产生的那个光子了 , 太阳既然是黑体辐射 , 黑体辐射就是由其表面的温度产生的热辐射 。 因此 , 虽然太阳发光是由于核心核聚变 , 但太阳光实际上就是从表面发出的 , 所以它80分钟左右就到达地球了 。
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