在現代天文學建立起來之前,人類始終都不知道太陽的本質到底是什麼。那個給我們提供溫暖和陽光的天體,總是那麼神秘。
為了解釋太陽的本質,古人提出了各種不同的猜想。中國人認為,太陽其實是一種神話中的動物,名叫金烏,也叫赤烏,是有三隻腳的烏鴉。古希臘人則認為,神話中的阿波羅每天駕着戰車從空中飛馳而過,就是我們頭頂上東升西落的太陽。
現在我們知道,太陽不過是宇宙中最常見的天體之一,那就是恒星。恒星主要由宇宙中最豐富的氫和氦元素組成,同時還有其他的元素,不過其含量都微不足道。
有些人可能會有所疑問:氫和氦在地球上都是氣體,那麼太陽難道就是一個巨大的“氣球”嗎?我們是否能夠穿越這些氣體,進入到太陽的中心呢?今天,咱們就來展開一場太陽之旅。
綿延數千萬公裡的熱
太陽的半徑大約是69.6萬公裡,但絕不意味着它的熾熱到這裡就結束了。想一想吧,距離太陽5790萬公裡的水星,表面溫度就已經高達463℃了!
而NASA在2018年發射的帕克太陽探測器,預計最接近太陽的距離是616萬公裡(目前還沒有實現),科學家就已經為它準備了能夠承受至少1400℃高溫的設備。由此可見,即使在遠離太陽的位置上,溫度也非常高。
為了完成這次太陽中心之旅,我們假設自己乘坐的是完全絕熱、抗壓……總之就是無敵的宇宙飛船,确保我們能夠或者完成這次旅行,見識到恒星内部的恐怖環境。
當然,我們距離太陽的内部還遠呢。你會發現,在距離太陽還有幾百萬公裡的時候,溫度将會非常高,這裡就是太陽的日冕。
日冕是太陽大氣層的最外層結構,不過通常不算作太陽的半徑裡,平時我們也看不見,隻有日食的時候能夠發現。它的厚度有數百萬公裡,粒子的密度達到了10^15每立方米,都是質子、電子等各種等離子體。這裡的溫度,可以達到恐怖的100萬攝氏度!
色球層
穿越日冕之後,日子就好過一點了,因為我們已經來到了日冕以下的色球層。和日冕一樣,色球層平時也看不見,這是因為它的亮度不及下面的光球層,隻有後者的1%左右。即使是在日食的時候,想要看到色球層也并不是很容易的事,需要在食既前幾秒鐘或者生光後的幾秒鐘,才能看到像玫瑰一樣絢麗的紅色結構,那就是色球層。
(圖片說明:色球層)
在色球層裡,我們要穿行2000公裡,即使是現在的高鐵也要花上至少6個小時!而且,随着我們穿越色球層靠近太陽本體,溫度也會從最外側的數萬攝氏度降低到幾千攝氏度。在色球層底部,我們就會經曆本次旅行最涼快的時候了。接下來的旅途,将會越來越熱。
光球層光球層的邊緣就是我們平時所能看到的太陽了,這裡也是我們對太陽進行觀測、研究的主要目标。
光球層的厚度隻有500公裡,隻占了太陽的一小部分。但是,這裡的景象可謂是精彩紛呈,你會看到黑子、光斑等各種太陽活動以及太陽的米粒結構。
太陽黑子并不黑,在這裡你會發現它同樣非常耀眼,隻不過和周圍接近5500℃的環境相比,它隻有4000℃左右,顯得有點黑而已。
(圖片說明:太陽黑子)
有一部分與黑子有關,這種光斑通常寬5000-10000公裡,長度可達50000公裡,是地球直徑的4倍。和黑子無關的光斑則比較接近圓形,直徑隻有2000多公裡,并且壽命也很短。
(圖片說明:太陽光斑)
别被這個名字所蒙蔽,實際上米粒結構的直徑通常都有1000-2000公裡。我們可以把它理解為是沸水裡不斷上升的氣泡,從物理學上講就是對流的結果。下圖是迄今為止人類拍攝到最清晰的太陽表面圖像,來自于GREGOR太陽望遠鏡。
(圖片說明:GREGOR太陽望遠鏡拍攝的米粒結構)
而這張太陽黑子的照片則更加壯觀,甚至很有窒息感
(圖片說明:GREGOR太陽望遠鏡拍攝的太陽黑子)
對流層穿越了光球層,我們就要進入太陽内部了。第一站,我們将要進入到太陽的對流層。這裡的厚度可能達到了15萬公裡,流體靜力學平衡被嚴重打破,因此這裡的物質不斷上升、下降,對流非常劇烈。外層的各種太陽活動,或許都與對流層有關。
輻射區
這大概就是整個太陽内部旅程中耗時最久的一段了,整個輻射區從0.25個太陽半徑區域延伸到約0.86個太陽半徑附近,其厚度接近43萬公裡。就算是坐飛機,也至少需要18天的時間才能穿越這個距離。
輻射區的内部就是太陽核心了,因此,輻射區承擔了将太陽核心處産生的能量運輸出去的重要職責。核心區産生的能量會以光子的形式向外釋放,在遇到其他粒子後将能量傳遞給這個粒子,這個粒子能量過高又會釋放新的光子,如此反複向外傳遞。因此,太陽最核心處産生的能量,需要很久的時間才能來到太陽表面。
在輻射區,太陽的溫度已經高達70萬攝氏度,相當恐怖!同時,強大的磁場和恐怖的輻射及高能粒子,都足以讓任何物體瞬間灰飛煙滅。不過,為了保證大家能看到太陽核心,我們就假設自己的太空船無所畏懼吧。
核反應區從太陽最中心到0.25個太陽半徑處,就是太陽的核反應區了,這裡是太陽内部能進行核聚變的場所,太陽釋放的所有能量,追根溯源都是來自于這裡。
在這裡,太陽的溫度已經高達恐怖的1500萬攝氏度,壓力也達到了地表大氣壓的3000億倍!在如此恐怖的條件下,連氫原子也承受不住,以至于相互結合,形成了氦。
根據科學家的計算,太陽内部每秒鐘就有6噸的氫發生聚變,産生5.96噸的氦,其餘部分以能量的形式釋放出去,照亮了太陽系。不過,考慮到太陽的質量有大約2000億億億噸,即使以這樣的速度消耗,太陽也能夠燃燒到大約50億年以後。
而上個月,科學家也終于證實,太陽内部不僅有氫到氦的聚變(質子-質子反應,也叫pp 反應),還有碳氮氧循環過程( CNO 循環)。
結尾好了,親愛的旅客,我們本次太陽核心之旅到這裡就結束了。以目前的科技,我們是不可能真的進入太陽内部的,這些景觀也都是科學家們觀測後分析的結果。也許随着未來的研究,科學家們會得出不一樣的結論,那時候我們或許要重新展開太陽内部之旅了。
下一期,咱們反其道而行之,從太陽出發,去見識一下整個太陽系,看看從太陽到太陽系邊緣,我們能看到哪些沿途景觀,下期再見~
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