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光从太阳核心抵达太阳表面要多久?

为什么太阳能够稳定持续地释放出大量的光和热?这是一个困扰了科学界很长一段时间的问题,直到进入20世纪之后,科学家才发现,原来是太阳核心的核聚变反应给太阳提供了能量,这也就意味着,太阳并不是一个通体都在燃烧的大火球,而它所发出的光和热,其实是来自其核心区域。

光从太阳核心抵达太阳表面要多久?

那么,光从太阳核心抵达太阳表面要多久呢?已知太阳的半径约为69.6万公里,光速大约为每秒30万公里,据此我们似乎可以简单地计算出,光大概只需要2.32秒就可以完成这段旅程。

然而实际情况却并不是这样简单,科学家告诉我们,光从太阳核心抵达太阳表面,需要的时间久到令你难以想象,下面我们就来聊一下这个话题。

太阳核心的核聚变主要是“质子-质子链反应”,这是由大量的质子(质子也就是氢原子核)产生的一系列核反应,其过程可以简单地描述为,质子和质子聚合成氘原子核,氘原子核分别与另一个质子聚合成氦-3原子核,然后两个氦-3原子核聚合成一个氦-4原子核,并释放出两个质子。

“质子-质子链反应”释放出的光全部都是频率极高、波长极短的伽马射线,然而从太阳光谱我们可以清楚地看到,在太阳向宇宙空间中释放出的电磁辐射之中,根本就没有伽马射线,它们中的绝大部分都是比伽马射线频率更低、波长更长的紫外线、可见光以及红外线。

我们都知道,光子的能量与其频率是正比例关系,这就说明了,在光从太阳核心抵达太阳表面这个过程中,其能量出现了大幅度地衰减,为什么会这样呢?原因就是,太阳核心区域的物质密度太高了。

在自身引力的“压缩”下,太阳的密度按从外到内方向是不断增大的,太阳的质量占据了太阳系总质量的大约99.86%,其自身引力比地球强得多,以至于太阳核心的密度可以高达每立方厘米150克,与之相比,我们地球核心的密度却只有每立方厘米10.7克。

在物质密度如此高的环境中传播的任何光子,都将很快地被致密的物质吸收,当某个粒子吸收了光子之后,其本身的状态就会变成“激发态”,由于这种状态是不稳定的,因此粒子很快就会退出“激发态”,这也被称为“退激”,在“退激”的过程中,粒子会释放出一个光子。

而在此之后,这个光子很快又会被其他的粒子吸收,当这个粒子“退激”之后,又会释放出一个光子,就这样,太阳内部核聚变产生的光子在传播过程中,会不停地被吸收、释放。

假如我们锁定其中一个光子,就会看到它像一个弹珠一样在粒子之间不停地“弹来弹去”,而在这个过程中,光子的能量也会持续降低,以电磁波的角度来讲就是,其频率不断降低,波长不断变长,而这也正是太阳光谱中没有伽马射线的原因。

太阳的核心反应区包括了从太阳中心位置到0.25个太阳半径的区域,在此之外还有一个辐射区,其范围包括0.25至0.86个太阳半径,这两个区域中的物质密度都相当高,光子在其中的“平均自由程”仅为0.1毫米到1厘米,也就是说,光子平均每前进0.1毫米至1厘米,就会撞上其他的粒子,并被其吸收。

只有当光子抵达更外侧的对流层之后,光子前进的效率才会大幅提升,这主要有两个原因:1、对流层的物质密度更低;2、对流层中的物质可以通过对流的方式快速上升到太阳表面。

需要注意的是,粒子在“退激”后释放的光子,其方向是随机的,这无疑使得光从太阳核心抵达太阳表面的旅程变得更加漫长,消耗的时间也更多,具体是多少呢?根据科学家的估算,这需要10万至100万年的时间。

不得不说,如此漫长的时间是令人难以想象的,沐浴在阳光之下的我们几乎不会意识到,这些来自太阳的光子都曾经有一段艰辛的旅程,在跨越了至少10万年的时间之后,它们才给我们带来了温暖和光明,或许这就是宇宙的浪漫吧?

本文由奇点天文作者上传并发布,奇点天文仅提供文章投稿展示,文章仅代表作者个人观点,不代表奇点天文立场。

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