询问伊桑108号:是否有即时阳光?

太阳通过核心中的合成获得能量。但是光可以在其表面上出现吗?


暴风雨后鸟儿唱歌;人们为什么不享受分配给他们的阳光呢?
-罗斯·肯尼迪

但是,尽管如此,如果我们在太阳出现时与他会面,太阳的光芒本身对我们来说将是致命的。与往常一样,您不会对我的问题和建议感到失望,而且它们的范围已经从通货膨胀延伸到黑洞和an灭反物质,但我每周只选择一个问题。这次,kbanks64问:

我已经多次听到太阳光从太阳中心到达表面需要数千年的历史。我理解这一点,但我想问-太阳表面是否有任何光可以立即离开?

太阳是一件有趣的事情,而来自太阳的光是一件更加有趣的事情!让我们做对。



如果没有核聚变,太阳的唯一能源就是我们的自然引力。开尔文勋爵(Lord Kelvin)最初认为太阳会随着时间的流逝而收缩,并且在此过程中,大量潜在的重力能量将转化为从其表面辐射的热量。

这是一个好主意,但是这样的过程将使太阳养活不超过一亿年,从我们在地球上观察到的地质学和生物学的角度来看,这是完全不足的。一些恒星-例如白矮星(包括上图中的小天狼星B,其质量可与太阳的质量相媲美)-由这种开尔文-亥姆霍兹机制提供燃料,但它们的光度却比太阳弱了几百万倍。



太阳的光由核聚变提供动力,其中重核由轻核合成,并在此过程中发出大量能量(E = mc 2)和高能光子。

但是,正如我们的读者所注意到的那样,这些反应仅发生在原子核中,并且大量的电离原子-质子,原子核和自由电子-阻止了这些光子到达太阳表面,而无需首先经历大量的碰撞。由于它们,获得了大量的冷得多的光子,其波长在紫外,可见和红外范围内,而不是原始的伽马辐射。



核聚变分步进行,当两个质子合并成氘核时,然后由氘合成氦3或tri,从氦3或or与另一个氘合成4氦,并以质子形式获得反应副产物。中子,以及中微子和高能光子。

•中微子自由离开太阳。
•高能光子会发生大量碰撞,并且消散需要数万至数十万年。
•反应产物保持稳定,分解或参与其他反应,但这一切都发生在太阳的深处。



合成过程需要量子物理学:即使温度超过15,000,000 K的太阳核心,能量仍然不足以让它们通过。取而代之的是,在这样的温度下,在10 28中有一个小的量子概率(大约为1的机会),即在碰撞过程中粒子进入了较重的原子核。但是在太阳内部,密度和温度如此之高,以至于每秒有4 * 10 38个质子合并成氦。



但是这些反应不会在表面附近发生。即使借助量子物理学,合成也需要至少4,000,000 K的温度,并且这种温度大约在辐射区的中间终止(总合成的99%以上发生在原子核中)。因此,没有,没有任何太阳的合成反应发生在如此靠近表面的位置,以至于它们的结果无法到达我们的眼睛。



但是太阳上还有其他事情发生:它的高温等离子体围绕着它的光球,即日冕。与光球中只有6000 K相比,这种热电离等离子体可以达到数百万度的温度。此外,太阳耀斑是从太阳内部散发出来的,有大量排放物和其他影响某些地方太阳温度的影响。

而且,尽管这些影响不会导致引发额外的核聚变反应,但它们会改变能量发射的轮廓。我之前显示的频谱只是一个理想的谎言。

这实际上是太阳的样子。



注意它有何不同。它在远紫外线和近X射线范围内能量更高(但是,抱歉,仍然没有伽马射线;仅在爆发期间-这是由于激波加热,而不是由于核聚变)。通过查看各个特定波长的光,可以了解差异。

我们观察到,太阳表面的可见光非常均匀(冷点除外),接近紫外线的光也遵循相同的模式。但是对于短波和高能量,这些能量仅在耀斑和太阳日冕区域获得。



从太阳外层(从光层和日冕)发出的光与被加热到一定温度的宇宙中任何物体的辐射相一致。辐射的不是太阳的单一表面,而是一组绝对黑体,其中一些位于温度较高的上层深度中,而另一些位于温度较低的光层中。

因此,考虑到太阳辐射光谱的细节,我们发现不仅在高能量下,而且在所有能量下,与完全黑体的偏离都不同。



因此,最终:

•太阳内部发生的核聚变反应非常深入,没有任何光子到达它们的表面而不会经历很多碰撞。
•从太阳外层,光层和日冕发出光。
•电晕是最热的部分(为什么是单独的问题),它负责紫外线和X射线范围内的大部分辐射,但对可见光的贡献很小,仅在日全食时才可见。
•发光区域不会发生核反应,但有时会因爆发而发生激波加热,从而发射高能伽马射线。



严格来说,所有这些都是阳光,这是最接近答案“是”的选项。太阳内部的能量将其所有各个层(包括外部层)加热到指定的温度。加热到这些温度的原子发射与这些温度相对应的光子,并在所有这些不同频率下产生阳光。

但是,如果问题的实质是核反应是否发生在足够接近地表的地方,以便我们可以看到它们的直接结果,那么答案将是负面的-除非您通过中微子望远镜观察太阳。



在这种情况下,是的,我们将看到它们!

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN399401/


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