太阳光从太阳到地球需要8分钟,那么在光子看来它花了多长时间?

太阳内部持续不断地进行着核聚变反应 , 向外界释放着光和热 。 这些从太阳发出的能量 , 经过茫茫宇宙空间来到地球 , 被地球所吸收 , 为推动地球发展演化以及生命的诞生和繁衍创造了不可获缺的基础 , 得以形成目前稳定发展的地球各圈层结构、多姿多彩的生命世界 。 太阳与地球的平均距离为14960万公里 , 这也是天文学中对1个天文单位的标量值 , 根据光速每秒30万公里的数值 , 我们可以很容易计算出太阳光到达地球的时间为8.3分钟 , 那么实际上光子从产生到达地球的时间 , 远远不止这个数 , 要漫长得多 。
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太阳内部的核聚变
能够激发氢元素核聚变反应需要非常高的温度和压力 。 而在太阳形成的过程中 , 星云物质中的气体物质和星际尘埃在引力波动影响下 , 逐渐发生碰撞和聚集 , 一方面质量不断增加 , 另一方面组成物质的高速角动能转化为核心的热能 , 从而推动核心温度也不断增加 。 当这个温度提升到700万摄氏度以上时就能够激发核心处氢原子的核聚变反应 。
在太阳内核的核聚变反应中 , 由四个氢原子聚合为一个氦原子 , 并同时释放两个正电子 , 这个过程是相互独立存在的 , 每四个氢原子的聚变 , 将会发生一定程度的质量亏损 , 测算出这个亏损值为0.031u , 根据质能方程 , 质量的亏损必然要通过能量释放的方式加以体现 , 那么每个独立进程的核聚变反应 , 释放出来的能量E=m*c^2=2.8*10^7电子伏特 , 折合4.6*10^(-12)焦耳 。
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科学家们通过万有引力公式 , 测算出太阳的总质量为1.99*10^27吨 , 又通过太阳年龄和质量的关系推导出氢元素在太阳内核中的比例约为70% , 从而计算出每秒太阳参与核聚变反应的氢元素总量为7亿吨 , 这7亿吨的质量绝大部分转化为氦原子的质量 , 其中有很少一部分转化为能量 , 因此太阳在漫长的近50亿年历史中 , 损失的质量也仅为6*10^23吨级别 , 大约是100个地球的质量 , 与太阳的总质量相比还不到千分之一 。
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太阳的圈层结构
虽然用肉眼来看 , 太阳就像一个大火球 , 但我们所看到的并非是太阳的整体 , 用肉眼看到的只是它的重要组成部分-光球层 , 在光球层的外侧 , 还存在着色球层和日冕层 , 而我们用肉眼只能看到色球层中出现的耀斑爆发现象 , 而日冕层我们用肉眼是观察不到的 。
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1、光球层 。 光球层处在太阳的内部 , 其半径占到太阳总半径的80%左右 。 按照距离核心的距离不同 , 也可以根据其物理特征划分为几个圈层:
太阳光从太阳到地球需要8分钟,那么在光子看来它花了多长时间?】最里面的是核反应区 , 位置是从核心处到太阳半径的四分之一处 , 这里是太阳物质密度最大、温度最高、压力最大的区域 , 质量占据太阳总质量的一半以上 , 主要由氢元素和氦元素构成 , 其中氢的占比达到70%以上 , 温度达到1500万摄氏度 , 压力甚至能达到2500亿个大气压 , 氢的核聚变反应都是在这里发生的 。
核反应区之外是辐射区 , 从核反应区的外围一直延伸到太阳半径的二分之一处 , 核反应区内部产生的能量 , 通过辐射层时以辐射的形式向外界进行传输 。
辐射区之外是对流区 , 处于光球层之下 , 平均厚度较小 , 只有15万公里左右 。 这里存在着没有参与太阳内部核聚变的氢原子 , 在高温下 , 这些氢原子不断被电离 , 流体静力学的平衡状态被打破 , 引起气体的上升或者下降 。 在这里 , 太阳内部核反应所产生的辐射能量 , 其中有一小部分转化为这种对流能量 , 为色球中出现的耀斑、日珥等现象提供能量来源 。