太陽光到底能照射到多遠?

2021-01-13 騰訊網

我們離太陽大約1.5億公裡,太陽光傳播到地球上需要8.3分鐘。在地球上,我們可以看到明媚的陽光。但太陽光不止照射到了地球上,而且還散播到太陽系的各個地方,乃至遙遠的宇宙。

那麼,太陽光能夠照射到多遠的地方呢?

太陽光的來源

太陽誕生於46億年前的太陽星雲,這些星雲主要來自於宇宙早期合成的氫和氦,還有很小的一部分來自於上一代大質量恆星的超新星爆發。太陽形成之後,核心區域一直在進行氫核聚變,從而產生大量的能量,這些能量以伽馬射線和中微子的形式被輻射出去。

由於太陽內部的密度非常高,核心區域產生的伽馬光子無法徑直傳播到太陽表面。經過與各種氫原子核的持續碰撞之後,光子抵達太陽表面需要成千上萬年的時間,儘管直線距離只有大約3光秒。

太陽的亮度

太陽光發射出去之後,它們會以光速在宇宙空間中傳播。在距離太陽越遠的地方,看到的太陽會越暗,因為光的強度反比於距離平方。如果在距離太陽30天文單位的海王星上用肉眼看太陽,只能看到一個亮點,其亮度大約是滿月的390倍。

如果在距離太陽56光年之處,太陽將會暗淡到肉眼不可見(雖然人類沒去過這麼遠的地方)。不過,這並不意味著太陽光傳播到那裡就消失了,只是人眼無法感知到很暗的光。但藉助天文望遠鏡,很容易就能看到太陽。

太陽光的傳播距離

太陽發出去的光只要沒有遇到東西被吸收,它們就不會消失在宇宙中,而是會一直在空間中以光速傳播。宇宙空間幾乎是空的,絕大部分太陽光都不會被物質吸收。有些太陽光即便被物質吸收,它們又會被再釋放出來,並且損耗掉一些能量。例如,地球上的物體以及地球本身都會吸收太陽光,並且也會釋放出一些太陽光,這就是我們所看到的反光。

雖然產生光需要消耗能量,但光的前進無需動力,因為光子的靜質量為零,它們的傳播不需要消耗能量。光的傳播也無需介質,因為它們本質上是不斷交替變化的電場和磁場,電磁場能夠存在於空間中,不依賴於介質。

因此,大部分的太陽光可以在宇宙中不斷前進。由於太陽在46億年前誕生,所以最早的太陽光已經以光速傳播了46億光年。只是經過遙遠距離的傳播之後,太陽光的強度會極度衰減,難以從背景噪音中被分辨出來。另外,引力也以光速傳播,所以太陽的引力目前最遠可以作用到46億光年之外。

如果46億光年外的星系上有先進的外星文明,他們有能力聚集到極其微弱的太陽光,他們就能看到46億年前的太陽。因為太陽在46億年前發出的光抵達了那裡,接收到這些光就能看到太陽的過去。

隨著時間的推移,太陽光會繼續在宇宙中傳播。如果宇宙未來的時間是無限的,宇宙空間不會消失,那麼,太陽光的照射距離也將會是無限的。就目前來看,空間在超光速膨脹,這意味著時間再多,太陽光也無法照射到宇宙中的每一個角落。

照射最遠的光

由於光速是有限且是一個常數,那麼,能夠照射到最遠距離的光,就是宇宙中最古老的光。宇宙在138億年前形成,但緻密的早期宇宙並沒有自由光子。一直到宇宙誕生38萬年後,自由光子才開始散播到宇宙中。

如今,這些古老的光子已經在宇宙中傳播了大約138億光年。它們還能被探測到,只是因為空間膨脹,使其變為肉眼不可見的微波,它們被稱為宇宙微波背景輻射,這是宇宙大爆炸的一大關鍵證據。

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