太陽內部的核聚變反應是非常複雜的,涉及幾十個核聚變方程,不過我們可以簡單地梳理幾個,來了解光子產生的過程。
我們知道,氫元素有三種同位素:氕、氘、氚:
恆星的第一步核聚變,是兩個氕核聚變為氘核,並釋放一個中微子和正電子,正電子遇到周圍的電子,會湮滅為兩個光子,反應方程式如下:
(1)1H+1H→2D+e(+)+v,ΔE=1.442MeV;
(2)e(+) + e=2 γ;
於是,恆星內部的第一步反應,就得到了2個高能光子。
同樣,在氕核與氘核聚變的反應中,以及在氦核與其他元素參與的反應中,或多或少都會釋放光子。
但是,核聚變只在恆星中心的一小塊區域內進行,這些光子是很難到達恆星表面的,因為他們一經產生,又會立刻被周圍的原子吸收,平均自由程不到1釐米。
而吸收光子的原子處於激發態,由於恆星內部活動劇烈,所以處於激發態的原子,又會立刻隨機從一個方向釋放光子。
於是,恆星內部的光子就是這樣,走一步被吸收,然後又被釋放,隨機遊走模型可以估算,一個光子在恆星中心產生,大約需要1000萬年才能遊走到恆星表面。
另外,恆星中心的核聚變釋放大量能量,這些能量的很大一部分會轉變為內能;另外一部分轉變為高能粒子的動能,並向四周拋出形成太陽風。
其中的內能會持續加熱太陽表面物質,使太陽表面處於高溫狀態,根據黑體輻射規律,高溫物體會釋放各個波段的波長,太陽表面的溫度為5800K,根據維恩位移定律,可以計算出輻射量最大的波長:
λ=b/T=2.898*10^(-3)/5800≈5*10^-7米=500nm;
這正是太陽光光譜中,能量密度最高的波長,處於可見光範圍內。
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