阳光是怎样产生的?阳光到达地球需要多久?
对于阳光是怎样产生的?阳光到达地球需要多久呢之话题,我个人的观点认为,太阳系太空间的阳光是由恒星(太阳)持续核聚变超高温燃烧过程产生的;阳光从太阳到达地球大约需要8分钟多一些。
为什么会这样说呢?因为,先来说说阳光产生的情况,太阳系也可称之为恒星系,太阳是太阳系的恒星,主宰着太阳系物质周期循环运动的一切,太阳拥有持续超高温燃烧的自然力量,能在持续超高温燃烧的过程中,产生核聚变化学反应现象,能为太阳系太空间源源不断地散发出光和热以及尘粒流物质,能为太阳系太空间万物的诞生与成长,提供了物质来源的自然条件。
太阳持续核聚变超高温燃烧的过程,温度高达200万摄氏度或以上,会产生庞大数量的光子群现象,受持续光子群内部压力的影响,会朝着太阳系真空状态的太空间四处扩散,而真空状态的太空间具有光子群穿越散透性的特征,形成了太阳光子群直线运动的天然媒介,光子群持续在太阳系的太空间直线运动的表现过程,就会使太空间呈现出阳光普照的自然现象。
再来谈谈阳光从太阳到达地球大约需要8分钟多一些的情况,太阳光子群在太空间直线运动的速度,称之为光速,地球与太阳之间的空间距离约为1.5亿公里,而光速大约是299792千米每秒,这样算起来,阳光从太阳到达地球的时间,大约需要8分钟多一些。
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阳光是怎样产生的?阳光到达地球需要多久?
应该是热源转焕换唤。
阳光是怎样产生的?阳光到达地球需要多久?
太阳是如何燃烧的?
关于阳光是如何产生的,困扰着科学家们好久好久。最早有人认为,太阳是烧煤的。因为那时候刚刚第二次工业革命,人类使用的主要燃料就是煤炭,所以他们想到这个问题也算是正常的。
不过,后来有人专门去算了算,发现如果太阳是煤炭做的,那也就只能烧3000年,这还远远没有人类的进化史时间来的长。所以,太阳是煤炭做的这个说法肯定是不成立的。
后来,随着人类对于原子内部的了解,有个叫做爱丁顿的天文学家就曾经猜测太阳的燃烧机制是核聚变反应。不过,他很快就被怼了,因为按照当时的理论,核聚变反应是有一个温度要求的,太阳内部的温度显然是不够的。太阳内核温度是1500万度,氢的核聚变反应条件是一亿度。
随着量子力学的发展,科学家发现微观世界有一种量子效应,我们称之为隧穿效应。你大概可以理解成,在宏观世界当中,你从一个地方到另外一个地方,要翻过一座大山,这时你就要做功才能实现。但在微观世界里,即使你不做功,你也有一定的概率可以直接到达。
由于隧穿效应的存在,核聚变就有可能会发生,加上太阳特别巨大,其中粒子数众多,这也大大提高了发生反应的可能性,同时也确保了太阳不会一下子炸了,只会慢慢燃烧着。
既然是核聚变反应,那我们就得搞清楚,具体是什么核聚变反应。许多粒子物理学家都投身于相关研究当中,最终由汉斯·贝特等人提出了相关理论。
大致过程是这样的,当时科学家确定构成天体的元素是通过光谱分析。
所以他们可以知道太阳具体是什么构成的,绝大部分是氢,还有一部分氦。汉斯·贝特通过研究就提出了质子-质子反应链。整个整个过程就是4个氢原子核通过核聚变产生氦-4核。之所以叫做质子-质子反应链就是因为氢原子核说白了就是一个质子。整个反应分为三个阶段,会释放出大量的能量。
后来通过观察,科学家发现恒星内部还有其他的元素,比如说:碳氮氧。而且这些元素的含量极其稳定。进一步研究就发现,碳氮氧也是参与核聚变反应的,只是起到类似于催化剂的作用。进而几位科学家提出了碳氮氧循环反应。其实也是4个氢原子核核聚变生成氦-4核,只不过在这个过程中碳氮氧起到了类似于催化剂的作用。
到此,核心内部的燃烧机制也就搞清楚了,有两种分别是质子-质子反应链和碳氮氧循环。其中在太阳内部,碳氮氧的比例很低很低,主要是质子-质子反应链。而太阳光就是来自于核聚变反应。
太阳光多久到达地球?我们还要回到质子-质子反应连当中,在这个方应中,每生成3个光子就会生成2个中微子。他们都是带有能量的。
中微子穿透力极其强,因此直接从太阳核心就能传播到地球表面,这个过程8分钟左右。但是光子就不一样了,光子的穿透力不太行。而太阳其实是一个等离子体,这是温度太高造成的。
等离子体就意味着太阳内部是构不成原子的,电子核和电子到处乱串。所以光子要从太阳核心出来就会遇到许多阻碍。光子会在太阳里面跌跌撞撞勉勉强强才能达到太阳表面。一个光子要从核心到太阳表面大概要平均要14万年的时间。而从太阳表面到达地球距离大概有1.5亿公里,大概是8分钟多一些。
最后,我们来总结一下,太阳光主要来自于太阳中心的核聚变反应产生的。而光子从核心到太阳表面平均需要14万年的时间。从太阳表面达到地球则需要8分钟多一些。
阳光是怎样产生的?阳光到达地球需要多久?
地球现在的生机勃勃归根结底还是因为太阳辐射能的存在,首先地球会接收太阳光把温度保持在一个适宜的范围内,地球绕太阳公转同时由于地轴偏角的存在,地球上会经历一年四季的变化,就是因为接收到的太阳辐射能周期性的变化。而地球生物对于阳光的利用,主要是植物进行光合作用吸收二氧化碳释放氧气合成糖分,这些糖分就是地球生物食物链的存在的根基,可以说阳光对于地球生物来说至关重要。
太阳作为一颗普通的黄矮星,主要是有氢氦构成,在自身的引力塌陷作用下,其内核处形成了2500亿个标准大气压,和1500万摄氏度高温的环境。在这样的条件下每秒中会有6亿吨氢核发生聚变,形成5.95亿吨的氦,在这个过程中损失了500万吨的质量,按照爱因斯坦质能方程转化为能量,以光和热的形式释放出去,但是地球上可以接收到的辐射能仅仅占据了二十亿分之一。
核聚变的过程会释放γ射线光子和中微子,其中中微子比较特殊几乎不与其他任何物质发生作用机制,在内核处产生之后2秒钟就飞出了太阳。但是γ射线光子在向外传播的过程中会不断的和其它粒子发生碰撞,在不断的被吸收释放的过程中,到达太阳表面就变成了较长波长的电磁波。
地球绕太阳公转,公转轨道为椭圆形,日地平均距离1.5亿公里,那么按照真空中光速30万公里每秒来算,光线从太阳表面传播到地球大约是8分钟20秒,因此我们时时刻刻看到的太阳都是它八分半钟之前的样子。
但是前边也提到了,太阳光本质上来说应该是起源于太阳内核处,那么计算太阳光到达地球的时间,应该把太阳半径的距离也算上。太阳半径69万公里,光子常规情况2秒多钟就会到太阳表面,但是在向外传播的过程中γ射线光子会不断的被吸收和释放,在这个过程中丢失能量,波长变长。而碰撞的过程是随机的,这就形成了一个典型的“随机漫步”模型,最后计算的结果是1万年-17万年。因此这个问题也就很简单也很明确了,太阳光的产生只要是由于内核处的核聚变,释放出的γ射线光子,这种光子向外传播被吸收和释放损失能量,到达太阳表面就是一些可见光、红外线、紫外线等。而阳光从太阳表面到达地球时间为8分半钟,如果从光子产生开始到达地球的时间计算,那就是十几万年。
我们每天享受到的阳光可能是十几万年前产生的,那个时候我们的祖先智人还在地球上为食物发愁,这就是一场跨越数十万年光阴的接触。
文/杜若,图片来源网络侵删。
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阳光是怎样产生的?阳光到达地球需要多久?
我们知道,地球表面的热量几乎都是来自于太阳的光照,正常的日照的辐射效率是大概每平米平均是170多瓦。但其实只有极其少的太阳光最终来到了地球。如果我们把太阳核聚变反应所释放出来的能量拿钱作为比喻,那太阳相当于每秒钟向宇宙中狂撒70万亿的人民币,但是被地球捡到的仅仅只有不到3万的人民币,而最终被我们人类捡到的也就只有3块的人民币左右。
那么问题就来了,这些能量是如何产生的呢?
今天,我们就聊一聊这个问题。
太阳的核聚变在宇宙中有个江湖规矩,这个江湖规矩叫做:质量为王。为什么这么说呢?
这是因为一个天体的质量大小,几乎决定了它的类型,如果质量是太阳质量7%以上,那就会成为一颗恒星。如果低于这个门槛,顶多也就是一颗行星。如果质量还要再小一些,可能就是矮行星或者小行星。
但同样是恒星,质量不同,演化的路径就不同,说白了就是恒星的“人生”就会完全不同。这直接决定了这颗恒星最终成为一颗白矮星,还是中子星还是黑洞。
所以,太阳之所以能够发光发热,主要是和它的引力紧密相关。具体来说是这样的,太阳的质量巨大,占据了整个太阳系总质量的99.86%以上,这也就使得太阳的引力十分巨大,这也是为什么太阳系中的天体都绕着太阳转。
巨大的压力迫使太阳的温度急剧升高,表面达到了5500度左右,内核达到了1500万度,200多万个地球标准大气压。此时的太阳内核呈现等离子态,说白了就是电子获得了足够多的能量,摆脱了原子核的束缚,整个太阳内部好像一锅粒子粥,原子核、电子们到处跑。
我们要知道的是,太阳能够发光热主要依靠的是核聚变,说白了就是原子核之间的融合,因此也被称为核融合。但我们要知道的是,原子核都是带正电的,换句话说,原子核之间是会相互排斥的。
因此,要激发核聚变反应是需要大量的能量输入的,正常来说我们引爆一个同样利用核聚变反应的氢弹,至少需要1亿的环境温度。也就是说,太阳内部的环境条件,由于温度太低还不足以促发核聚变反应。
但是在微观世界中,存在着量子隧穿效应,意思是说,原本需要能量输入才能实现的反应,在微观世界中也有一定的概率会发生,只不过这个概率极其的低,大概一对质子要发生反应需要要10亿年的时间。
照理说这个概率是十分接近于不会发生。不过,太阳足够大,其中的粒子数足够多。因此可以迫使反应得以进行,只不过会很缓慢地进行,而不是像氢弹那样一下全炸了。
这个过程大概就是质子和质子的反应,分为3个阶段,我们也称为质子-质子反应链。太阳内部的核聚变反应主要就是这款。但是一些恒星还会进行碳氮氧循环的反应,说白了也是质子和质子反应生成了氦-4,只不过这个过程碳元素、氧元素、氦元素起到了催化剂的作用。
在质子-质子反应链的过程中,反应前后会损失一部分质量,这部分质量以能量的形式释放,遵循着爱因斯坦的质能方程E=mc^2的对应关系。其中每生成3个光子,就会产生2个中微子。
中微子会直接奔向广阔的宇宙。但是光子并不可以,这是因为上文我们也说到,太阳内部是等离子态,而光子是参与到电磁相互作用。于是,就好比赛车一样,光子要跌跌撞撞才能逐渐来到太阳的表面,这个过程平均需要14万年的时间。中微子之所以不会,在于中微子是不参与到电磁相互作用的。
当光子来到太阳表面,就会有极其小的一部分最终来到地球,日地距离大概是1.5亿光年,而光在真空传播的速度是3*10^8m/s,因此光子到底地球大概要8分20秒钟的时间。
总结最后,我们来总结一下,太阳是通过核聚变反应产生光和热的,但是产生的光子达到太阳表面需要平均14万年的时间,而光子从太阳表面到达地球表面需要8分20秒钟的时间。
阳光是怎样产生的?阳光到达地球需要多久?
我们都知道太阳光从太阳表面传播到地球需要花费约8分钟的时间,这是光在太空中传播所需要的时间,太阳到地球约有1.5亿公里远,阳光的传播速度是299792.458千米每秒,所以需要八分钟多一点的时间。但是,我们是否知道太阳表面发出的光线,它的本源地又在哪里呢?
说明这个问题前,先来了解一下太阳的结构,太阳的结构从内到外,依次是核反应区、辐射区、对流区,在对流区之外是太阳的大气层,分为三个部分,分别为:光球层、色球层、日冕层,其中日冕层是太阳大气层的最外层。
简单了解一下太阳的结构,那么太阳之所以发光发热,它的奥秘来自于哪个区域呢?来自于核反应区,也就是核心区。
核心区有多大?从中心点延伸到太阳半径的25%处,这里是核心区,也是核反应区。这里每时每刻都在进行着氢核聚变,也只有这里才能进行核聚变,因为这里温度高,1500万摄氏度,压强大,约相当于3000亿个大气压。其实按照理论来看,这个温度是不足以支撑氢核聚变的,但由于隧穿效应的存在,使得氢核聚变可以在温度不太高的情况下进行,这里就不详细描述了。
氢核聚变释放的能量以高能光子的形式向外散出,少部分能量以中微子形式释放出去,中微子的特性我们是了解的,它可以不受阻碍的直接传播出去,但是高能光子就没有那么幸运了,它需要经过辐射区,辐射区是非常大的,从太阳半径25%处一直到86%处都为辐射区,高能光子在这里经历了漫长的吸收-释放-再吸收的过程,走的是随机路线,这么一耽搁就是十五万年的时间,而且在这漫长的时间里,原本的高能光子携带的能量也是一削再削,从X射线、远紫外线、紫外线一直削到了可见光波段,这时才抵达太阳表面光球层。
对于本题的总结是:阳光本质上是产生自核反应区,阳光的前身是高能光子,但高能光子从核心处传播到太阳表面需要耗费约15万年的时间,在这个过程中,高能光子的能量也在缩减,最终减至可见光波段。而从太阳表面光球层向外界传播,到达地球需要约8分20秒的时间。
这里借这个题目,说个题外话,科学家是如何知道太阳的发光原理的呢?
为了了解太阳的发光原理,可是把科学家折腾了相当长的一段时间,首先做的工作就是知道太阳是由什么构成的,这个通过对太阳光谱谱线的研究而知道了太阳的组成成分大部分是氢。后来直到1920年左右,英国的物理学家爱丁顿发表了一篇名为《恒星的内部结构》论文,在论文中他借助于爱因斯坦提出的E=mc^2,阐述了恒星的能量来源是核聚变。
爱丁顿
这一观点被提出之后,也遭到了不少人的反对,因为太阳内部需要维持很高的温度才可以使核聚变进行,不过,由于没过多久就发现了量子的隧穿效应,这时这一结论才被大家重视,而到了现在,我们更清晰的认知到了太阳的能量来源是怎么回事了。
文/科学船坞
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