表面温度5500度 太阳的表面温度


太阳的表面温度(表面温度5500度)
都说“骄阳似火”,不论是古代还是现代,几乎所有历史时期的各个文明都知道太阳是非常热的,但到底有多热呢?

古人给不出答案,直到19世纪末,才由物理学家测出来,太阳表面温度在5500摄氏度左右;至于1500万摄氏度的太阳核心,那则是20世纪后半叶测出来的事了 。
在介绍太阳温度前,我们有必要先了解一下太阳是如何“燃烧”的,毕竟这直接关联到核心温度和表面温度 。
一颗大煤球→核聚变由于时代的局限性,在科学刚起步的那些年,科学家们为了解释太阳如何燃烧这件事情上,提出过很多假设,其中有些在我们现在看来,显得非常奇怪,就比如最出名的一个——“煤球燃烧说” 。

当时有一拨科学家们认为太阳其实就是一块超级无敌大的煤球,地球上的光和热都是这个大煤球提供的,不过这个假说很快遭到了否定 。
最主要的漏洞在于:即便体积和太阳相当的煤球,它的燃烧时间撑死也就两千年,但根据当时的太阳系形成假说,地球与太阳是同时形成的,而预估地球的寿命是在千万年以上的,因而太阳绝不可能是煤球 。
太阳系形成假说
之后又提出了挺多五花八门的假说,这里就不再赘述 。
直接来看在上世纪20年代由英国的科学家爱丁顿提出的“核聚变假说”
亚瑟.爱丁顿
因为当时科学界已经发现了存在原子核嬗变现象,并且爱因斯坦的相对论也已出现,考虑到在质能方程的“帮助”下,太阳内部的核聚变应当是可以运行数十亿年之久的,问题不大 。

而我们现在知道,太阳“燃烧”的真正原因就是核聚变 。知道了能量产生原理,那温度又该怎么测呢?
巨型“测温枪”测太阳表面温度如何测温?考虑到日常生活,想必大家的第一反应就是温度计,比如生病发烧时,我们会用水银温度计去测量胳肢窝下的体温 。

然而这样的方式是不可能用在太阳身上的,且不说它没有胳肢窝,即便是有的话,那我们也没那么容易就能送上去,毕竟日地平均距离足足有1.5亿公里,而当时那个年代,别提什么火箭航天了(即便是今天,也是一项颇具难度的工程) 。

有些朋友要反驳了,什么年代了呀!还水银温度计,测温枪见过没,根本不需要接触皮肤就能知道温度 。

没错,当时的物理学家们还真是用了一个巨型“测温枪”给出了太阳的温度,不过这里的测温枪并不是我们常见的那种手持式的测温装置,而是地球本身,是的,你没听错 。
在理解这一点之前,你还需要知道一个非常著名的物理定律,叫做斯特藩-玻尔兹曼定律(1879年和1884年先后提出),这是两个人名合成的定律名称 。

简单来讲它给出了能量与温度的关系(物体发出的能量与其自身温度的四次方成正比) 。因而想知道太阳的温度,就变成了如何测量太阳每时每刻发出的能量是多久即可 。
那么该如何测量呢?理论上不难,举一个简单的例子,由于我们都生活在地球,因而测量的基础是建立在地球上的,因此地球这个“测温枪”距离太阳的距离就是1.5亿公里,而这个测温枪的“热电转换元件”可以是一盆水,可以让太阳直射它一会儿,记录下前后温度,得到温差,再借由质量、比热容等已知的物理条件算出这盆水在单位时间内吸收了多少热量 。

最后再乘上一个以1.5亿公里为半径的球面面积,就能得到太阳每秒辐射的总能量 。之后将总能量平均分配到太阳表面,最后再代入斯特藩-玻尔兹曼定律,就能得到太阳的表面温度,数值大约为5800开尔文,也就是5500摄氏度左右 。
艰难算出太阳核心温度相比于太阳表面温度的测量,核心温度就比较困难了,因为核心温度是埋藏在太阳中心区域的,里面的发射的电磁波深不可见(因为太阳的结构并不单纯,核心区产能后要经历辐射区和对流区,之后才到光球层,光子在经历这段路程中需要经过数不清的碰撞吸收再释放的过程,整个耗时需要上万年甚至数十万年) 。
【表面温度5500度 太阳的表面温度】
因此我们也不可能想当然地还利用斯特藩-玻尔兹曼定律,比如说我已经知道了太阳每秒向太空散发的总能量,现在只要将其平均分分配到核心区的表面上,不就能算出温度了吗?实际上算下来,温度才一万出头,距离核聚变的门槛还早呢 。
所以当时爱丁顿提出核聚变假说时,也在太阳的核心温度是多少上犯了难,而且这还不是一般的难,如果只是用理想气体以及流体静力学平衡模型,再附加一些假设性的内部元素比例,算下来的温度是不稳定的,大约在两千万到四千万摄氏度之间 。

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