阳光到达地球需要多久?
太阳与地球之间的距离达一亿五千万公里,光的速度大约为每秒30万公里,因此利用速度与时间公式计算15000000除以300000等于8分20秒。太阳光是最重要的自然光源,它普照大地,使整个世界姹紫嫣红,五彩缤纷。当光线随时间的推移以及天气发生变化时,都会直接影响物象的色彩。除了太阳光之外,还有其他各种光源,例如我们日常生活中使用的灯光,它是人工光源,比阳光弱得多,而且所含的可见光比例也和阳光不同。-般白炽灯发出的光常偏红,黄色光,而日光灯发出的光则偏蓝色光。
要问阳光多久能够到达地球,或许你会觉得这个问题很简单。
光速是每秒30万公里,从太阳到地球的距离是1.5亿千米。做一个简单的运算就知道了,答案是500秒,差不多8分钟多20秒!
不过,聪明如你,有没有发现一个问题?
太阳并不是一个点,而是一个直径1392000千米的气态大圆球!我们所说的8分钟,其实是指光从太阳表面到地球表面的的时间,如果将太阳的半径算上去,给你0秒时间,在500秒的基础上应该再加几秒呢?
1392000/2/300000=2
好么,2秒钟?啊不,顶多一分钟?
请扶好你的下巴!
答案是——需要好几万年!
我真没有骗你!
光子在太阳中心深处通过核反应产生光子,从太阳中心流出,与物质相互作用,损失能量形成波长更长的光波。
光波在太阳t核心以伽马射线形式产生,但是在表面却衰减为X射线、紫外线或者可见光然,这个过程十分复杂。
光子刚刚产生时候速度是每秒30万千米,直到它撞击到另一个光子并且改变方向。好比子弹一样,每次撞击改变一次方向。
那么,经过无数次撞击的光子到达表面到底要经过多久?
其实这就是一个随机漫步问题。
这个公式会告诉我们答案:距离等于步长乘以步数的平方根 (一步指撞击间隔)。如果你从你家前门出发,每秒走一米并且每次随机换一次方向,会花费你11天时间、经过100万米的路程才能离开1千米远的距离。
所以光子要用多久才能从太阳中心到达地球?
我们知道太阳的质量可以通过质量计算,光子的数量不妨假设这一秒钟内光子均匀扩散。
假设它们每次传播0.1纳米的距离,从太阳核心到表面是69万千米的距离,用随机漫步的话3.9X10^37步大概需要4千亿年的时间!
桥豆麻袋!?这不科学啊!太阳公公才460万岁好嘛!所以一定是哪里出问题了。
这里有两点,第一:太阳并不是均匀的;第二:每次撞击之间光子会失去一些质子。
实际上,在这个过程中光子的能量是在不断变化的,并且能量决定着与质子反应的可能性。
在密度这个问题上,我们假设的是,溶解反应在太阳的核心中发生,围绕核心的是辐射传播区域,再其外是通向表面的对流区域。
核心的物质比金属铅还要密集,表面附近的连续密度、等离子体相比之下稀疏了100万倍,这是光子-能量的关系。
对于携带少量能量的光子而言,质子的影响是巨大的,很可能引起光子的反弹。对于携带大量能量的光子而言,质子的影响就很微小。
光子出发时相对于到达表面时候而言,携带大量的能量。
现在我们用电脑运算一下。最新的太阳内部模型计算出,随机路程中数量的变化答案是17万年!
未来的发现也许会让这个数字更加精确,但是现在我们最好的理解就是:今天我们看到的阳光,其实是经历了17万年跌跌撞撞的路途,别忘了还要再加上8分钟的太空之旅!
也就是说,在两个冰河世纪之前,人类刚开始穿上兽皮的时候,今天的阳光就已经启程了!
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