我们看到的太阳光究竟是8分钟前的还是几万年前的?

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太阳光是太阳的气体在高温高压下被电离后辐射出来的电磁波,或者说是光子(光有波粒二象性)。因为太阳内核的光是无法发射出来的。我们看到的光都是太阳外层气体辐射出来的。所以 地球上看到的光是8分钟之前的太阳光

1、太阳的形成

我们认识的太阳形成于几十亿年前,是在大爆炸的一大片星际尘埃云中(主要以氢元素为主),有一小块比较致密。致密区域就会发生引力塌缩。中心点会不停地捕获比它轻的星际尘埃云。引力也会不断增大,温度也会不断升高。当引力和温度足够大时,气体已经被电离,也就是电子发生了能量跃迁。这就是从热到产生光的过程。但是,太阳内核的压力和温度会不断升高,目前内部温度已经达到15000000K,压力大约有2500亿个大气压。在这样的环境下,氢原子在不断地聚变反应,也就是我们经常听到的核聚变反应。这就形成了我们今天的太阳。

2、太阳的组成

总体来看,太阳的结构主要分为核心层、辐射层、对流层。

以上是我们看到太阳的圆盘内部,这里由于内部引力巨大,导致能量传导很慢,也就是说 无论是射线还是光都是在不停的重复辐射--吸收--再激发新辐射的过程。所以,这里面的光是无法到达太阳大气层的 。这里说到的太阳大气是指被太阳引力吸附在以上三层之外的大气。他们的结构也分为三层:


总结

从这里看,太阳内核辐射的光和射线都无法到达太阳大气层。只是在太阳内部加热氢原子,同时传导能量到外面。而 我们在地球看到的太阳光,基本都是从太阳的光球层顶部以外的地方辐射出来的,这里的光到达地球也就8分20秒左右

相信很多人都听说过这种说法:我们看到的太阳是8分钟之前的太阳(实际是8分20秒,一般说8分钟),这个很好理解,毕竟地球距离太阳1.5亿公里,光飞行1.5亿公里的时间大约就是8分钟,所以我们看到的是8分钟之前的太阳并没有毛病!

不过如果你深入地了解了太阳的发光原理和整个进程,就会明白我们看到的太阳光虽然是从太阳表面发射出来的,但严格来说太阳表面并不能产生任何光线,光线产生的根源在太阳的核心,也就是太阳核心的核聚变!

太阳半径大约70万千米,这个距离光速飞行只需要2秒多一点的时间!那么太阳核心产生的光真的只需要2秒就能飞行到太阳表面吗?

事实上远非如此!核聚变产生的光线需要历经千辛万苦才能到达太阳表面!因为太阳内部充满了氢和氦,产生的光线会不断地被电子吸收然后再释放,太阳内部巨大的压力让电子的密度也非常高,不断地重复吸收释放这个过程,所以光线吸收释放的过程也非常漫长,从太阳核心到达表面需要大约十万年时间!

所以我们看到的太阳是十万年前的太阳?这种说法也并不严谨,有点“偷换概念”的味道,毕竟不管太阳内部经历了什么,我们只会注意到从太阳表面发出的光需要多长时间到达地球!

所以,我们看到的太阳是多长时间以前的太阳并不重要,重要的是我们需要了解太阳内部产生光线的机制,明白光线是如何到达太阳表面的,明白了这些,问题也就变得非常简单了,就看你从哪个角度去理解了!

以光速从地球出发,飞行8分20秒左右,便到达了1.5亿公里之外的太阳表面附近


所以现在我们看到的,是8分钟之前的太阳,更准确的说,是8分钟之前的太阳表面。

但在科学家看来,照射到我们身上的每一个光子,虽然都是在太阳表面同一个起跑线上出发过来的,但它们的年龄却大不相同,更准确地说从太阳表面飞来的光子们,其实都已经几万岁甚至几十万岁了,早已不再年轻。



言下之意就是

虽然光子仅需8分20秒左右就能到达地球,但太阳光子其实都诞生于几十万年前,而非8分20秒之前,地球接收的太阳光,从来都“老光”,而不是“新光”

造成这种“反直觉”现象的原因,源于太阳光子的形成机理。



太阳的光和热来源于核聚变,而根据科学家探测,太阳的核聚变主要发生在内核。这个内核的直径约为太阳整体的四分之一,也就是直径大约30万公里的球体。在这个球体中,温度达到了恐怖的1500 ,压强也有3000亿个地球大气压。

在如此极端环境下,氢元素核聚变每秒会让太阳亏损400多万吨质量,海量的光子与热量,也随着质量亏损而得以产生。



由于太阳半径只有70万千米,所以诞生在核心区域的光子,理论上只需要两秒钟,就能离开太阳。

然而事情并没有这么简单

因为太阳主要由氢和氦等元素构成,物质都处于等离子状态,这导致光子要想到达太阳表面,就必须穿越重重障碍。



70万千米的直线路程,对于光子来说,是和质子电子无数次的碰撞,无数次的吸收再发射,无数次的前进三步后退三千步。无数次被扯住或者被偏转方向。光子这样蛇皮走位,一天还前进不了10米,而太阳的半径有70万公里

更重要的是,在整个随机运动过程中,无数光子被瞬间吸收,而后再受激回落,向外发射出新的光子,新光子又将不断重复上一过程,直到不知第几代光子 ,经历千难万阻,终于到达太阳表面为止。



简单来说,太阳核反应区诞生的光子,并不能直接到达太阳表面,而是需要经历无数次死亡和重生。正如你现在看到的那个他,早已不是原来那个他,到达太阳表面的光,也早已不是最初的那个光。

在太阳内部至少拥有,10的26次方个质子的情况下,如果光子和每个质子都发生反应,那么光子需要4000亿年,才能从核心到达表面,进而给宇宙带去光和热。


但好在质子分布并不均匀,所以核心光子只会与一小部分质子发生反应,这一过程持续数万到数十万年后,它们就能到达太阳表面。

一旦进入到每立方厘米,只有几个原子的太空中,核心光子们就会恢复“宇宙速度冠军”的本性,仅需500秒,就能跑完地日之间1.5亿公里的路程。


而诞生于太阳外层,也就是光球层和日冕层的太阳光子,则会因为没有质子和其他物质阻碍,而一路畅通无阻,直达地球,运气要比核心光子们好得多。

总体来说,目前科学界对太阳,尤其是太阳内部情况的了解,还非常有限,包括帕克号在内的太阳探测器,也只是收集太阳附近的数据而已,绝无可能深入到太阳内部。


想要真正了解,太阳核心正在发生着什么,只能通过收集太阳中微子来完成,几乎不与任何物质发生反应的中微子们,将会是第一批,携带太阳核心区域信息,并把它们送到地球的粒子。

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