綿綿羊的幻想世界.

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「鳥兒在暴風雨後歌唱，難道人們不應該盡情享受剩下的陽光嗎？」——羅斯·甘迺迪 我們知道太陽發出的光需要大約8分鐘達到地球，因為光速是有限的，但又有人說太陽此刻發出的光十萬年後才能到達地球，因為光子想要從核心逃逸出來至少需要十萬年的時間。 以上的說法看起來貌似都是正確的，真實的情況是怎樣的？我們今天就聊下這個問題。 ... 如果沒有核聚變，太陽能量的唯一來源將是引力勢能的釋放。事實上，這是上個世紀早期開爾文勳爵關於太陽能量來源的最初想法，他認為太陽會隨著隨著時間的推移在引力的作用下不斷地縮小，在這個過程中，大量地引力勢能會轉化為熱能，通過太陽表面釋放出來。 這是一個非常絕妙地想法，但是引力勢能地釋放只能為太陽提供大約1億年的能量，這個時間遠遠不足以解釋我們在地球上觀察到的地質、生物，它們的變化和存在的時間。但是有些恆星，比如：白矮星（包括上圖中的天狼星B）正是由凱爾文-亥姆霍茲機制驅動的，但它們的亮度只有太陽的百萬分之一。 ... 而我們太陽的能量來自於核聚變的過程，在這個過程中，輕核聚變為重核，同時釋放出大量的能量（通過E = mc^2）和高能光子。 但是，核聚變只會發生在恆星的核內，而恆星外城大量的電離原子（質子、原子核和自由電子）會阻擋高能光子到達太陽表面，也就是說，光子想要從核心到恆星表面並逃逸，這一路上會經歷隨機散射，每個光子所經歷的路徑都是不同的，所以我們也稱之為隨機漫步。因此這些碰撞會產生大量的、更冷的、攜帶不同能量的光子：紫外線、可見光和紅外線，而不是最初在核心產生的伽馬射線。 ... 核聚變的工作方式主要是通過一系列的輕原子核融合實現的，其中兩個質子首先被融合成一個氘，然後氘被聚變產生氦-3或者氚，氦-3或氚與一個氘被聚變產生氦-4，然後釋放出副產品質子或中子，連同中微子和高能光子。 中微子可以源源不斷地從核心到表面被釋放，過程中不會受到干擾。 高能光子經歷大量的碰撞，需要數萬到數十萬年才能離開太陽表面。 核聚變的產物要麼是穩定的，要麼具有衰變性，要麼進一步的融合反應，但所有這些過程都發生在太陽內部。 ... 實際上，想要驅動太陽內部的核聚變，僅憑太陽內部的高溫、高壓是不夠的，還需要量子物理學，換句話說：即使在太陽最核心的能量，可能超過1500萬K的溫度，但仍然不足以驅動聚變反應的發生。相反，在這樣的溫度下，只有很小的量子力學機率，大約每10^28次碰撞中就有1次相互碰撞的粒子會通過量子隧穿效應進入一個融合的、更重的原子核狀態。由於太陽的密度和溫度非常高，所以每秒鐘就有4×10^38個質子被聚變成了氦。 ... 然而，所有這些反應都發生在遠離太陽表面的地方。即使量子物理學的隧穿效應，要進行所有的聚變反應，至少需要達到4000000開爾文左右的溫度，而這一溫度在太陽輻射層一半的地方就結束了。(超過99%的核聚變發生在核心。）所以，沒有任何一種為太陽提供能量的核反應發生在離表面足夠近的地方。 ... 但是，太陽還存在著其他的一些現象：日冕周圍存在著高溫等離子體。這種高溫的離子化等離子體可以達到數百萬度的溫度，而太陽光球層的溫度只有6000度。此外，太陽耀斑、太陽內部的上升流、大規模的噴射以及更多的現象使太陽的溫度在某些地方會異常升高。 雖然這些影響都不會產生任何額外的核反應，但它們確實會改變太陽實際的能量排放狀況。上文中太陽的光譜分布只是理想的狀態。 下圖是太陽光譜的實際情況。 ... 太陽實際的光譜中，在紫外線和X射線波段有更高能能量。（實際情況中也不包括伽馬射線），如果我們分別通過單個特定波長的光來觀察太陽，就會知道為什麼會這樣。下圖 在可見光下，除了太陽黑子溫度較低，太陽表面溫度分布相當均勻。在紫外線下的模式大致相同。但是當我們進入更短波長的光譜（能量更高）時，這些能量區域只會出現在太陽耀斑和日冕附近。 ... 從太陽最外層發出的光，也就是太陽的光球層和日冕發出的光，就是宇宙中任何物體被加熱到一定的溫度所發出的光，也就是黑體輻射，但實際上，輻射不僅僅來自太陽表面這個一個黑體，而是一些列的黑體。一些輻射來自太陽的稍內部（溫度較高），一些輻射來自稍外部（溫度較低）。這就是為什麼如果我們仔細觀察太陽的發射光譜，我們就會發現，在更高的能量下，甚至是在所有的能量下，太陽光譜都偏離了完美的黑體輻射。 ... 總結一下 在太陽內部發生的核聚變反應都是在內部進行的，在這個過程中產生的光子需要經過多次碰撞的情況下才能到達太陽表面。 太陽的外層（光球層和日冕層）是太陽發射光子的地方，這些光子中，包括來自各個層的光子，最內層核心的光子需要10萬年到達表面，而不同的層需要不同的時間，最外層的光子一出生就能理解離開太陽。 日冕是太陽中最熱的部分，它是紫外線和x射線輻射的主要來源，只有在日全食時才可見。 在太陽發光區域不會發生核反應，但有時會因為太陽耀斑而發生激波加熱，這可能會導致超高能量的伽馬射線的發射。 ... 值得注意的是，雖然核聚變發生在太陽內部，能量和高能光子也在核心產生，但來自內部的能量加熱了太陽所有不同的層，包括最外層，在達到一定溫度的情況下，最外層的原子會根據相應的溫度發射光子，這就是陽光中不同頻率光子的來源。因此太陽除了內核，外層也會發射光子。 但是太陽的核聚變只會發生在核心，不會發生在離太陽表面足夠近的地方。內核所發出的光子需要數萬年的時間才能到達我們的眼睛，而外層的光子只需要8分鐘就可以達到地球。 如果我們想看到馬上看到太陽內部此刻的生成物，我們就必須使用中微子望遠鏡。 ...

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文章來源取自於：

每日頭條 https://kknews.cc/science/lvog8re.html

博客來 https://www.books.com.tw/exep/assp.php/888words/products/0010100884

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