太阳是一颗黄矮星,表面温度大约5500℃,核心温度高达1500万度,核心压力3000亿个大气压,在我们宇宙中,太阳是一颗再普通不过的恒星。
有人可能有疑问,我们人类的探测器从未直接接触过太阳表面,那么我们又是如何得知太阳温度的呢?
表面温度
这其实和量子力学分不开,任何有温度的物体都会向外辐射能量,并遵循量子力学规律,太阳可以看作一个完美的黑体,太阳辐射遵循量子力学的黑体辐射规律,也就是普朗克公式。
根据该公式,我们可以知道在一个黑体辐射当中,辐射能量最大值对应的波长与温度的乘积是一个定值,称之为维恩位移定律。
T*λ=b=2.898*10^(-3)m·k;
我们通过太阳光谱可以知道,在波长λ=500nm,太阳光的能量最高,根据维恩位移定律就有:
T=b/λ≈5800K;
换算成摄氏温度大约就是5500℃,可以融化地球上的任何物质,于是我们不用直接接触太阳,就得知了太阳表面的温度。
内部温度
太阳内部的温度需要通过复杂的恒星模型来计算,根据恒星结构和演化理论,恒星内只有很小的中心区域进行着核聚变反应,核聚变反应释放大量能量,然后再逐步传导到恒星表面。
根据理论计算,我们太阳的核心温度大约是1500万度,远远超过了我们日常中能接触到的温度,这时候的物质已经成等离子态,
其他恒星的温度
在我们银河系中就有近2000亿颗恒星,我们太阳只不过是非常普通的一颗,随着太阳的演化,太阳的核心温度会越来越高,体积也会越来越大。
银河系中有很多恒星的表面温度比太阳表面温度还高,比如距离地球8.6光年的天狼星B,表面温度高达2.5万度;离地球8500光年的恒星WR 102,表面温度高达21万度。
太阳的温度大约有6000℃
最初,人们只觉得太阳无比炽热,谁也不能确定用什么仪器去测量它的实际温度。后来,人们从俄国天文学家采拉斯基教授做的一个实验中受到了启发。便用一个直径1米的凹面镜,得到一个1分钱硬币大小的太阳像,并且该像位于凹面镜的焦点上。
采拉斯基用这个亮斑照射一个金属片时,金属片很快就弯曲、熔化。采拉斯基教授测出这个光斑的温度大约有3500℃。他断定,太阳上的温度一定要高于3500℃。
由于太阳源源不断地以光的形式向宇宙空间辐射巨大的能量,科学家们通过专门仪器测定太阳辐射量,然后根据辐射量与温度之间的关系来测定温度。1879年,物理学家斯特凡推算出了一个重要的定律,物体的辐射量与它的温度的千次方成正比。这样,人们根据测得的太阳辐射数推算出太阳表面温度约为6000℃。
这是一种比较准确的测算方法,随着科学技术的发展,人们在实际研究中发现,物体会随着温度的升高而改变颜色,通常是600℃时为深红色,1000℃时为鲜红色,1500℃时为玫瑰色,3000℃时为橙黄色,5000℃时为草黄色,6000℃时为黄白色,12000℃~15000℃时为白色,25000℃以上时为蓝白色。
所以我们可以根据太阳的颜色来估计它的温度,肉眼只有在日全食时才能看到色球和日冕。光球的颜色呈黄白色,我们可以估计它的温度大约为6000℃。
个人图书馆:炙热的太阳温度到底有多高
太阳内核的温度高达摄氏一千五百万度,在那儿发生着氢-氦核聚变反应。核聚变反应每秒钟要消耗掉约五百万吨的物质,并转换成能量以光子的形式释放出来。这些光子从太阳中心到达太阳表面要花一百多万年。光子从太阳中心出发后先要经过辐射带,沿途在与原子微粒的碰撞丢失能量。随后要经过对流带,光子的能量被炽热的气体吸收,气体在对流中向表面传递能量。到达对流带边缘后,光子已经冷却到五千五百摄氏度了。
我们所能直接看到的是位于太阳表面的光球层。光球层比较活跃,温度约为摄氏六千多度,属于比较“凉爽”部分。光球层上有一个个起伏的对流单元“米粒”。每个米粒的直径在一千六百公里左右,它们是一个个从太阳内部升上来的热气流的顶问。就是在不断的对流活动中,太阳每秒钟向宇宙空间释放着相当于一千亿个百万吨级核弹的能量。
在光球层的某些局部温度比较低,在可见光范围内这些部位就显得比其它地方黑暗,所以人们称之为“黑子”。光球层外包裹着色球层,太阳将能量通过色球层向外传递。这一层中有太阳耀斑,所谓耀斑是黑子形成前产生的灼热氢云。色球层之外是太阳大气的最外层日冕。日冕非常庞大,可以向太空绵延数百万公里,但只有在日全食时才可看到它。人们可以在日冕中可以看到从色球层顶端产生的巨大火焰“日饵”。
在辐射光和热的同时,太阳也产生一种低密度的粒子流——太阳风。太阳风以每秒四百五十公里的速度向宇宙空间辐射。地球和其它某些行星的极光也是太阳风带来的。如果一段时间内太阳风异常强大,便形成了太阳风暴。太阳的磁场极其强大复杂,其范围甚至越过了冥王星轨道。
太阳已经近五十亿岁了,它还可以继续平静地燃烧约五十亿年。五十亿年后,太阳内部的氦将转变成更重的元素,亮度会增加到现在的一倍,体积也将不断膨胀,水星、金星和地球都将进入它的大气。在经历一亿年的红巨星阶段后,太阳将耗尽所有能源而坍缩成一颗白矮星,并通过向宇宙空间抛射物质而形成一个行星状星云
我们不能拿温度计到太阳上去,那怎么量太阳的温度呢?我们直接接触到的是太阳光,通过太阳光就可了解太阳的温度。将一个直径1米的凹面镜对着太阳,逐渐调整焦点 ,当得到了一个小硬币大小的太阳像时 ,把一片金属放在焦点上 ,金属片立即弯曲熔化了。测定焦点上的温度是3500摄氏度。因此,太阳上的温度绝不会低于3500摄氏度。
人们又通过对温度和光的辩证关系的分析,也逐渐地掌握了太阳的温度。太阳温度可以根据它的颜色估计出来,平时看到的是金黄色的,考虑到地球大气层的吸收,太阳颜色就与6000摄氏度.的温度相对应。
另外,通过测量太阳的总辐量、光谱分析和射电技术等方法,也能证明太阳上的温度是6000摄氏度 。
当然,这是太阳的表面温度(也就是说,是我们肉眼所见的太阳光球层的温度)。至于太阳中心的的温度,据推算,大约有2000万摄氏度。
太阳的中心核有15000万摄氏度,太阳黑子有60万摄氏度,对流层有5700摄氏度,那么表面温度为约5500摄氏度。