太阳为什么会发光(太阳辐射出的光和热)
包宛白 • 2022-08-01 07:20:00 • 5651次 • 热点
太阳会发光的原因是什么
天文学家曾经设想过种种可能的来源。一个简单的想法是,太阳是一个正在燃烧的大煤球。
但是仔细计算一下,像太阳那么大(比地球大130万倍的煤球,要一直燃烧下来,也只能够烧3000多年。因为我们人类的历史有几十万年,有文字记载的文明历史也有5000多年了。
太阳的“年龄”不可能比人类历史短。更何况,要是煤球,越烧越小,太阳光会很快变得越来越暗弱了。但实际上,经过近百年来的实测,太阳光度并没有什么变化。所以,煤球燃烧的想法,肯定是不对的。
20世纪以来,随着原子物理学的发展,人们才解决了太阳能源问题。著名科学家爱因斯坦发现了物体质量与能量的关系。只要有一点点质量转化为能量,其数值就十分巨大。例如1克物质相对应的能量,这相当于1万吨煤全部燃烧所放出的热量。
对于原子能的研究,使人们想到,太阳的能源可能就是原子能。观测、实验证实了这种想法。
原来,太阳主要由氢组成,在太阳内部高温高压的条件下,氢原子会发生“热核反应”,由4个氢原子核合成为1个氦原子核。在这个反应中,有一部分质量转化为能量,放出大量的热量。
太阳内部的热核反应,类似于地面上的氢弹爆炸。正因为在太阳核心区不断地发生无数的“氢弹爆炸”过程,所以源源不断地供应了
太阳辐射出的光和热。
以目前已知最快速度光速来计算,光绕太阳赤道一周仅需时14.5秒。而环绕这颗恒星的赤道一周需要时间25000秒以上,足以容纳45亿个太阳。
盾牌座 UY 会以一个很快的速度将大量物质喷发进太空,并于其周围形成云气。这颗恒星几乎完全被这些尘埃和气体所遮蔽。因为这些尘埃和气体的透明度并不高,妨碍测量,加上现代科技的限制,天文学家们至今仍未能确认其具体大小。
宇宙是所有时间、空间、物质的总合,是我们这个世界上的整体,也是物理学家和天文学家的最大研究对象,我们究竞在宇宙中的渺小到什么样的程度呢?一直以来很难说清楚。不过如果对比一下目前已知的星球,或许能有些概念。
盾牌座 UY ,是一颗位于盾牌座的红色超巨星。这颗恒星是人生已知体积最大的恒星,超越过往被认为体积最大恒星的大犬座 VY 。
盾牌座 UY 是一颗红超巨星,尽管体积非常大,但其质量仅仅约为太阳质量的32倍。即约为地球质量的1000倍。这颗恒星不仅体积巨大,而且亮度也非常高。其亮度为太阳的34万倍,是光亮度最高的恒星之一。
太阳的演化过程
太阳是在大约45.7亿年前在一个坍缩的氢分子云内形成的。太阳形成的时间以两种方法测量:太阳目前在主序带上的年龄,使用恒星演化和太初核合成的电脑模型确认,大约就是45.7亿年。
这与放射性定年法得到的太阳最古老的物质是45.67亿年非常的吻合。太阳在其主序的演化阶段已经到了中年期,在这个阶段的核聚变是在核心将氢聚变成氦。每秒中有超过400万吨的物质在太阳的核心转化成能量,产生中微子和太阳辐射。
以这个速率,到目前为止,太阳大约转化了100个地球质量的初质成为能量,太阳在王序带上耗费的时间总共大约为100亿年。
太阳没有足够的质量爆发成为超星,在约50亿年后它将进入红巨星的阶段,氮核心为抵抗引力而收缩,同时变热紧挨核心的氢包层因温度上升而加速聚变,结果产生的热量持续增加,传导到外层,使其向外膨胀。
当核心的温度达到1亿 K 时,氮聚变将开始进行并燃烧生成碳。由于此时的氦核心已经相当于一个小型“白矮星”(电子简并态,热失控的氦聚变将导致氦闪,释放的巨大能量使太阳核心大幅度膨胀,解除了电子简并态,然后核心剩余的氦进行稳定的聚变。
从外部看,太阳将如新星般突然增亮5~10个星等(相比于此前的“红巨星”阶段),接着体积大幅度缩小,变得比原先的红巨星暗淡得多(但仍将比现在的太阳亮),直到核心的碳逐步累积,再次进入核心收缩、外层膨胀阶段。这就是渐近巨星分支阶段。
地球的命运是不确定的,当太阳成为红巨星时,其半径大约会是现在的200倍,表面可能将膨胀至地球现在的轨道﹣1AU(1.5×10m)。
然而,当太阳成为渐近巨星分支的恒星时,由于恒星风的作用,它大约已经流失30%的质量,所以地球的轨道会向外移动。
如果只是这样,地球或许可以幸免,但新的研究认为地球可能会因为潮汐的相互作用而被太阳吞噬掉。
但即使地球能逃脱被太阳焚毁的命运,地球上的水仍然会沸腾,大部分的气体都会逃逸入太空。即使太阳仍在主序带的现阶段,太阳的光度仍然在缓慢地增。
太阳所处位置
太阳只是宇宙中一颗十分普通的恒星,但它却是太阳系的中心天体。太阳系中,包含我们的地球在内的八大行星、一些矮行星、彗星和其它无数的太阳系小天体,都在太阳的强大引力作用下环绕太阳运行。
太阳系的疆域庞大,仅以冥王星为例,其运行轨道距离太阳就将近40个天文单位,也就是60亿千米之遥远,而实际上太阳系的范围还要数十倍于此。
庞大太阳系家族,在银河条中却仅仅只是十分近角仓母一粟。银河条拥有全球1000亿颗以上的恒星,直径约10万光年。太阳位于银道面之北的猎户座旋臂上,距离银河系中心约30000光年。
在银道面以北约26光年,它一方面绕着银心以每秒250公里的速度旋转,周期大概是2.5亿年,另一方面又相对于周围恒星以每秒19.7公里的速度朝着织女星附近方向运动。[3]太阳也在自转,其周期在日冕赤道帯约25天两极区约为35天。
太阳的质量在这些恒星中排在第四。太阳在距离银河中心24000至26000光年的距离上绕着银河公转,从银河北极鸟瞰,太阳沿顺时针轨道运行,大约2亿2500万至2亿5000万年绕行一周。
由于银河系在宇宙微波背景辐射( CMB )中以550公里/秒的速度朝向长蛇座的方向运动,这两个速度合成之后,太阳相对于 CMB 的速度是370公里/秒,朝向巨爵座或狮子座的方向运动。
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