我们看到的太阳光究竟是8分钟前的,还是上万年前的?

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  光的传播需要时间,我们看到的都是过去式。

  地球与太阳相距1.5亿公里,光每秒能在真空中传播30万千米,则太阳光从太阳表面到达地球大约需要8分20秒,因此我们从地球上看到的太阳是8分钟之前的太阳。

  

我们看到的太阳光究竟是8分钟前的,还是上万年前的?-第1张图片-趣闻屋


  那么为什么有观点认为太阳光是上万年前发出的?

  世界上任何温度在绝对零度(零下273.15℃)之上的物质都能够发出红外光(红外光是一种比可见光频率低的电磁波,肉眼不可见)。太阳之所以能够发出可见光,是因为太阳内部在进行着核反应,核反应产生的光和热加热了整颗太阳,太阳上的物质被加热到上万度的高温,然后才向外辐射太阳光。核心处产生的光除了能够加热整颗太阳,还需要抵抗来自太阳外壳物质的重力,这也是太阳能长期保持平衡的原因之一。

  

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  上图为太阳内部正在进行的核反应过程。

  太阳依靠核聚变反应发光发热 ,而核聚变反应主要位于太阳中心地带,那里的温度高达1500万℃,压强是地球大气压的3000亿倍,太阳光就产自那儿。为了产生这些光,太阳每秒钟要损失大约400多万吨的物质,不过这对太阳来说连九牛一毛都算不上。太阳半径大约为70万千米,理论上来说,光子以光速到达太阳表面仅需要两秒多时间。然而事情并没有这么简单。

  

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  太阳主要由氢和氦等元素构成,物质都是处于等离子状态,这些光要想到达太阳表面,就必须穿越重重障碍。当光子穿过这些等离子体时,会与质子、电子等发生碰撞,不断经历吸收再发射的过程,并且整个过程中的运动方向是随机的,光子也并不会和所有的粒子都发生碰撞。

  

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  经过复杂的计算,发现光诞生后到达太阳表面至少要经历上万年的时间,有的甚至要几十上百万年时间,然后才能从太阳表面到达地球。这就是上万年那个说法的来历。

  

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  上图揭示了光在太阳内部的大致传播过程。

  然而上述观点中,从太阳中心区域到达太阳表面,整个路程被认为是同一个人硬着头皮走完的,其实并不是。

  核聚变反应过程中释放的光是伽玛射线,也就是频率极高的电磁波,这种光对人体有害,人眼也看不到。光在传播过程中,不断经历吸收再辐射的过程,光的能量和频率不断衰减,最终才形成了X光、紫外光、可见光等光线。

  如下图所示,从左到右,光的频率不断衰减。

  

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  一个光子从诞生到吸收,整个生命过程就终结了。光被太阳内部的物质吸收后,受激回落,又会向外发射出频率和能量更低的电磁波,新的光子又诞生了。光在太阳内部的传播,就是不断重复这样一个过程,经历千难万阻最终才到达太阳表面。而光子直接从太阳中心到达太阳表面的可能性为0。

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

  并且,基本粒子具有全同性,光子之间是无法区分的。此外,我们既无法确定光子的寿命,更没有办法分辨那个光子诞生的时间更早一些。

  

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  太阳主体从内到外的结构可分为:核心区、辐射区和对流区,其中,核心区就是太阳内部产生能量的地方,占太阳半径不到1/4。太阳表面还可分为光球层、色球层和日冕层,我们接收到的太阳光基本上就是由光球层发出的,太阳的光谱实际上就是光球层的光谱,太阳表面的温度(大约5500摄氏度)也是指光球层的温度。人眼看到的可见光,也是从这个地方发射出来的。

  

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  上图为太阳的主要结构示意图。

  对于人类来说,我们看到的太阳光就是从太阳表面发射出来的,因此我们看到的太阳光就是8分钟之前的。对于一个光源,我们看到的它的样子,就是光从光源表面到达人眼之前的样子。如果从能量传递角度来看,那么我们可以认为,太阳核心区在此前的某一时刻产生的能量完全传递到太阳表面,大约需要上万年的时间。


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