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今天我們學習的小百科是:太陽的溫度為什麼這麼高?
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小朋友們,我們曬到太陽的時候會覺得非常熱。那你們知道太陽的溫度為什麼這麼高嗎?
46億年前,太陽剛剛形成,那時的光度只有目前的70%。隨著時間的推移,太陽的溫度隨之逐漸升高。
按照當前的觀測數據,太陽的溫度每10億年升高6%。再過大約11億年之後,由於太陽的溫度變得過高,地球將會不再適宜生命的生存。那麼,太陽的溫度為什麼會逐漸升高呢?
首先,我們來簡單了解一下太陽發光發熱的原理。
本質上,太陽的能量來自於核心區域的熱核聚變反應。在核心的高溫高壓環境下,氫原子核相互碰撞,最終形成氦原子核。
在此核聚變過程中將會損失一部分質量,這些質量則會轉化為能量,這個結果遵循愛因斯坦的質能方程。由核聚變產生的巨大能量將會緩慢向外轉移到光球層,進而進入太空之中,並被地球接收到。
隨著核聚變反應的進行,太陽核心區域的氦將會逐漸積聚。由於氦比氫更重,所以它們會沉到核心中,結果導致更強的引力壓縮。
因此,核心區域的溫度和壓力將會逐漸升高,從而加快核聚變反應的速率。在恆星的主序階段,氦的逐漸增加會導致核聚變反應速率的逐漸增加,所以太陽的溫度會逐漸升高。
由於太陽的溫度會隨著時間的推移而逐漸升高,這會導致所謂的「黯淡太陽悖論」——年輕的太陽沒有足夠的熱量使地球上產生大量的液態水,但地質證據顯示地球很早之前就有海洋了。
對此,有一種解釋是地球在很早之前覆蓋著一層很厚的大氣,使得溫室效應比現在強得多,所以液態水能夠存在。
太陽的溫度有多高,取決於位置。在太陽的不同區域,溫度有很大的差異。太陽的主要組成部分包括核心、輻射區、對流層、光球層、色球層和日冕。
太陽的核心區域的半徑約為太陽半徑的四分之一,這是太陽的能量來源。這裡正在進行核聚變反應,氫不斷結合成氦並產生巨大的能量。太陽核心的溫度是太陽中最高的地方,可達1500萬開氏度。
太陽核心向外延伸到太陽半徑70%的區域是輻射區,核心產生的輻射在這裡不斷被物質吸收和發射。
正因為如此,在核心形成的光子需要數萬年的時間才能到達表面,然後再用8.3分鐘的時間傳播到地球上。從這個意義上來講,我們看到的是非常古老的太陽。該區域的溫度範圍在200萬至700萬開氏度,溫度隨著遠離核心而逐漸下降。
從輻射區一直到太陽表面是對流層,這一層與太陽表面相連接。太陽上的冷熱物質在這裡發生對流,能量從內向外傳遞。
光球層是我們在地球上用肉眼所看到的太陽表面,厚度約為500千米。在其上下方的太陽區域很少輻射出可見光,所以肉眼只能看到光球層。
根據測量結果,太陽光球層的溫度約為5772開氏度(約為5500攝氏度)。此外,太陽表面有時會出現一些黑子,那裡的溫度相對較低,只有3000至4500開氏度。
色球層是太陽的大氣層,位於太陽表面上方3000公裡,厚度約為2000公裡,平均溫度大約為4600開氏度。
在色球層上方是向太空延伸數百萬公裡的日冕,這是太陽的最外層大氣,那裡的溫度高達100萬至200萬攝氏度。