人類連四維都沒有想明白的道理(人類連四維都沒有想明白的東西)
如果有人問你,陽光從哪里來?你一定會(huì)罵他傻:陽光,一定來自太陽!
如果我接下來問你:太陽為什么會(huì)發(fā)光?太陽光從哪里來?你知道嗎?
很多人可能無法回答。
有人說:核聚變發(fā)生在太陽中心,核聚變產(chǎn)生大量的熱量。太陽就像一個(gè)大燈泡,光從它的中心發(fā)出。
事實(shí)真的如此嗎?今天我們就來分析一下。
地平線上的太陽
太陽的光
我們的地球,包括太陽系中的所有行星,始終沐浴在明亮的陽光下。陽光是從太陽散發(fā)出來,它不只包括赤橙黃綠青藍(lán)紫七色可見光,還包含我們?nèi)庋劭床灰姷馁ゑR()射線、X射線、紫外線、紅外線、微波和其它波長(zhǎng)的電磁波。
每種顏色代表日冕中存在的不同波長(zhǎng)的極紫外光
我們看到的陽光通常是白色的,這是所有波長(zhǎng)的可見光混合的結(jié)果。對(duì)于不同的動(dòng)物來說,它們看到的光會(huì)和人類不同。有些動(dòng)物可以看到紫外線,而另一些動(dòng)物對(duì)紅外線更敏感。
太陽發(fā)出的光非常強(qiáng)。即使在距離太陽表面1.5億公里的地球大氣層之上,太陽光的功率也達(dá)到1368W/m。由于地球大氣層的阻擋,部分光線被過濾,所以在晴朗無云的正午,我們?cè)诔嗟辣砻娼邮盏降奶柟饽芰考s為1000W/m??茖W(xué)家估計(jì),太陽的總功率達(dá)到3.82610W,地球從太陽接收到的功率也達(dá)到1.7401017W。
可見光僅占太陽光譜的很小一部分
太陽核聚變
太陽之所以每時(shí)每刻都能釋放出如此巨大的能量,是因?yàn)樗暮诵臅r(shí)刻都在發(fā)生著核聚變反應(yīng)。
太陽是一個(gè)直徑139.1萬公里的大氣球。從原子數(shù)量來看,太陽的92.1%是氫,7.8%是氦,其他元素只占太陽質(zhì)量的很小一部分。
太陽的總質(zhì)量是地球的33萬倍,達(dá)到1.98910kg。其核心由于極高的重力而產(chǎn)生高達(dá)3000億個(gè)大氣壓的壓力和1500萬攝氏度的高溫。如此高溫高壓每秒可將3.710質(zhì)子轉(zhuǎn)化為粒子(氦4核)。這就是我們常說的核聚變。
太陽核聚變“質(zhì)子-質(zhì)子鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”過程
太陽中心氫原子核聚變通常稱為“質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)”。
第一步,當(dāng)兩個(gè)氫核(質(zhì)子)合并時(shí),會(huì)生成一個(gè)雙質(zhì)子氦核;這個(gè)氦核不穩(wěn)定,然后發(fā)生+衰變,氦衰變成氘,同時(shí)釋放出一個(gè)正電子、一個(gè)中微子和0.42MeV的能量。
+衰變產(chǎn)生的正電子會(huì)立即湮滅附近的電子,湮滅產(chǎn)生兩個(gè)射線光子和1.022MeV的能量。
第二步,在產(chǎn)生的4秒內(nèi),氘將繼續(xù)與另一個(gè)氫核(質(zhì)子)融合成氦3核。同時(shí),產(chǎn)生一個(gè)射線光子和5.49MeV能量。
第三步,兩個(gè)氦3核融合產(chǎn)生一個(gè)氦4核(粒子)并同時(shí)釋放兩個(gè)質(zhì)子。
從上述聚變反應(yīng)步驟我們可以看出,核聚變過程中會(huì)產(chǎn)生中微子和伽馬射線光子。中微子很少與其他物質(zhì)相互作用。只需要2.3秒就能沖出太陽,消失得無影無蹤,但光子卻很難逃脫。
太陽能結(jié)構(gòu)
陽光從哪里來?
太陽核聚變產(chǎn)生的射線光子在幾毫米內(nèi)被吸收,它們的能量被用來加熱太陽核心中的高溫等離子體。當(dāng)再次釋放時(shí),射線光子能量將比之前更低。這樣,經(jīng)過1萬到17萬年(有的說100萬年)的反復(fù)吸收和釋放,伽馬射線光子才能輻射到太陽表面。
一、我們?cè)诘厍蛏夏芸吹教柡诵陌l(fā)出的光芒嗎?
并不能。
由于核聚變釋放出伽馬射線,在地球磁場(chǎng)和大氣層的雙重保護(hù)下,伽馬射線很難到達(dá)地球表面。
二、太陽光是從哪里產(chǎn)生的呢?它誕生于太陽表面的光球?qū)印?/strong>
這是太陽表面大氣中從低到高不同波長(zhǎng)的光的同步圖像。光球?qū)游挥谧钭筮叀?/p>
光球?qū)邮翘栕畹偷囊粚哟髿猓蠹s有500公里厚,這里的溫度比太陽核心的溫度低很多,平均大約只有5500C。光球?qū)拥臍怏w密度只有0.2g/m,大約僅有地球海平面空氣密度的1/6000。可以說,用一層薄紗來形容太陽的光球?qū)右稽c(diǎn)都不過分。
然而就是這一層薄紗似的大氣,它對(duì)太陽內(nèi)部的光卻是不透明的,太陽內(nèi)部絕大部分波長(zhǎng)的光線都無法穿透光球?qū)拥牡讓?,我們也無法通過光球?qū)涌吹教柪镞叺墓饩€。這到底是為什么呢?
由于光球?qū)拥撞康臏囟燃s為5730,嚴(yán)重缺乏H離子(氫負(fù)離子)。缺乏H離子使得大氣更容易吸收光子。我們看到的大部分來自太陽的可見光是當(dāng)氫原子與電子在光球?qū)痈邔哟髿庵蟹磻?yīng)形成H離子時(shí)產(chǎn)生的。該區(qū)域大約3%的氫被電離,從而產(chǎn)生絕大多數(shù)的部分可見光。
光球?qū)影l(fā)出的可見光譜。黑色為吸收線,表示相應(yīng)波長(zhǎng)的光被吸收。
三、色球?qū)赢a(chǎn)生其它波段的光。
色球?qū)訃@著光球?qū)?,那里的大氣層更稀薄但更溫暖。色球?qū)雍凸馇驅(qū)咏唤缣幍臏囟葍H為4230C,但在2000公里厚的色球?qū)禹敳?,溫度卻升至數(shù)萬度。
截止日期色球?qū)訌牡偷礁叩臏夭罹薮螅膊幌窆馇驅(qū)幽菢影l(fā)出相對(duì)穩(wěn)定的光。這是一個(gè)充滿著磁場(chǎng)的等離子體層,由于高溫等離子體流與磁場(chǎng)之間復(fù)雜的相互作用,這里經(jīng)常爆發(fā)劇烈的太陽耀斑、日珥等現(xiàn)象,同時(shí)對(duì)外發(fā)射紫外、遠(yuǎn)紫外、X射線,以及遠(yuǎn)紅外區(qū)和射電波段的輻射。
太陽色球?qū)?、耀斑和日?/p>
四、日冕
太陽的日冕是一個(gè)很大的區(qū)域,從色球?qū)禹敳垦由斓教柊霃綆妆兜木嚯x。這里的等離子氣體極其稀薄但溫度卻高達(dá)100萬度,所以日冕可以向外輻射低量的可見光、X射線、遠(yuǎn)紫外、紫外輻射、還有一些射電輻射和高度電離的離子。
日冕物質(zhì)噴發(fā)
總結(jié):
通過本文的分析,你應(yīng)該明白了,我們看到的太陽光其實(shí)并不是從太陽中心發(fā)出來的,太陽真正發(fā)光的地方是在它的大氣層上方。
核聚變始終在太陽中心半徑25%的范圍內(nèi)發(fā)生。當(dāng)大量的氫融合成氦時(shí),會(huì)釋放出伽馬射線光子。這些光子攜帶著能量,不斷地加熱太陽,熱量逐層向外輻射,從而使太陽表面產(chǎn)生非常高的溫度。
太陽的光球?qū)拥膬?nèi)層屏蔽內(nèi)部光子向外發(fā)射,同時(shí)它的外層因氫的電離作用也在不斷地向外發(fā)射光子,這是絕大部分可見光產(chǎn)生的地方。
光球?qū)由戏降纳驅(qū)雍腿彰峋哂袠O高的溫度,這里的高溫等離子體輻射出除伽馬射線之外幾乎所有頻段的光。
所以,我們有了光。
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