都说万物生长离不开太阳,那么洒在我们身上的阳光究竟是何时产生的呢?太阳表面一直极为耀眼,其内部又每时每刻在发生着什么呢?从地球上观察,太阳在早、中、晚的颜色有所差异,这究竟是为何呢?
01、太阳存在的意义太阳乃是整个太阳系的绝对主宰,为太阳系带来了温暖与光明,同时也对太阳系所有行星周围的环境产生着重大影响。太阳的质量占整个太阳系所有天体总质量的99%以上,其总质量决定了太阳的寿命以及演化历程。
太阳的光辉
地球作为一颗距离太阳1.5亿公里的行星,处于离太阳既不太远也不太近的位置。太阳给予我们的能量恰到好处,适合人类以及所有生命的繁衍与演进。地球上所有的生命,包括动物和植物,其生活都离不开太阳。植物的生长必须依靠太阳光进行光合作用,合成食物或转化能量,以供生命体吸收。
02、太阳的色彩变化清晨,太阳呈现出温暖的红色;中午,变为耀眼白亮的黄白色;傍晚,太阳再次染上熟悉的红晕。这些色彩变化背后的奥秘是什么呢?
这主要是因为地球上有一层大气层。早晨和傍晚时,太阳光线从斜向方向传入我们的视线范围,来自较低的地球大气层。其中的气体和尘埃会吸收太阳更多波长较短的谱线,所以我们看到的太阳颜色偏红。中午时,太阳近似直射,从我们头顶照下,此时吸收的成分偏少,几乎所有波段的光都能进入我们的眼睛。七种颜色混合在一起,我们便看到了白色。
太阳的色彩
太阳的主要成分是氢和氦,氢约占三分之二的比例,氦占三分之一。除此之外,太阳中还含有不到2%的其他元素。与地球上的燃烧不同,太阳的能量释放是通过核聚变这一神奇过程。在太阳内部,氢原子在极高温度和压力下发生核聚变,转化为氦,同时释放出巨大的光和热能。这些能量穿越太空,照亮了整个太阳系。
03、太阳的内外部结构科学家们通过观测太阳各个波段的辐射,计算太阳的总辐射能量。然后根据辐射能量的大小、太阳表面温度、已知的太阳质量、直径和颜色等物理参量,推断太阳的内部结构。
经过研究发现,太阳内部呈若干圈层结构。太阳最核心的部分称为核心区,其温度在800万摄氏度以上,中心最高温度可达1500万摄氏度。在如此高的温度范围内,太阳内部的原子和分子全部电离成高温等离子体,且非常稠密。在这里会发生核聚变反应,释放出能量。我们所接触到的所有太阳能都源自太阳核心区。
在核心区以外的区域称为辐射区,温度低于800万摄氏度。在这种温度条件下,不再有核聚变反应发生。太阳核心区核聚变释放的能量主要通过辐射区逐渐向外传播,一直传播到接近太阳表面以下约0.2倍太阳半径的地方。从这个地方开始的区域称为对流区,经过对流区后就到达了太阳表面,即我们肉眼所见的光球表面,也称为太阳光球层。
日冕环
太阳外部大气同样呈圈层结构。我们肉眼可见的第一层大气是太阳光球,其厚度平均约为500公里。在日全食期间,可以看到被月球挡住的日面边缘有一层接近粉红色的薄层,这就是色球层。太阳不同区域的色球层厚度略有变化。
在色球层中,太阳等离子体的温度逐渐缓慢升高。过了色球层后,再往外有一个薄层,称为过渡区。过渡区顶层再往外就是太阳的日冕层。日冕层温度高达百万度以上,等离子体非常稀薄,厚度从太阳表面以上约3000公里往外,可延伸到若干个太阳半径以上。在极紫外波段看到的太阳日冕中,有些区域非常明亮,如太阳耀斑或日面物质抛射就是从这些明亮区域出发的。同时,在日冕图像中还能看到一些比较暗黑的区域,通常称为冕洞,高速太阳风就起源于这些冕洞。
主要是因为高温日冕中的粒子运动速度非常快。当一个物体飞行速度非常快时,就有可能克服太阳引力,逃脱太阳引力向周围宇宙空间发射。这些发射出来的带电粒子就称为太阳风。
04、太阳光的传播速度从地球到太阳的距离是1.5亿公里,光的传播速度是每秒30万公里。一束光从太阳表面传到地球只需8分钟,但太阳光从太阳核心传递到太阳表面却要经过上千万年的时间,这该如何解释呢?
从太阳核心到太阳表面不到70万公里,按照光速传播应该在两秒多到不到三秒的时间就能到达太阳表面。但事实上,我们看到的太阳光线几乎是1000万年前从太阳内部产生的。一个光子从太阳内部产生后,在向外传播的过程中,需要与太阳内部的所有带电粒子,包括电子和质子不断频繁碰撞。
太阳光
从太阳内部到太阳表面这70万公里的传播路径变得曲曲折折。科学家通过模型计算,大约需要近千万年时间才能传到太阳表面。从太阳表面以上到日冕以及到行星际空间,气体非常稀薄,光线的吸收极小,所以这些光子与周围大气的作用非常弱,近似以光速传播到我们这里。