太陽溫度那麼高,自身物質將以什麼形式存在?

2021-01-15 騰訊網

實際上,由於溫度太高,太陽上的物質已經熔成了等離子態,等離子態下原子的核外電子完全脫離原子核的束縛,自由電子和帶正電的離子共存,於是太陽在重力的作用下,整體呈一個球形。

在物理學中,我們常見的物質狀態有四種:固態、液態、氣態和等離子態。

物質的四種狀態可以相互轉變,比如冰融化成水,水蒸發就會轉變為水蒸氣,水蒸氣繼續加溫就會成為等離子體;日常生活見到的高溫火焰、電弧、閃電就是等離子體。

我們以水為例:

(1)常壓下,溫度低於零攝氏度時以固體形式存在,此時冰內部的水分子通過化學鍵緊密連接。

(2)把冰加熱,水分子的熱運動會加強,當水分子間的化學鍵被打破時(0℃),冰就融化成了水,此時水分子間由較弱的氫鍵和範德華力發揮作用,讓液態水保持流動性。

(3)繼續對液態水加熱,直到水分子間的熱運動打破氫鍵和範德華力(100℃),水就會轉變為氣態,成為水蒸氣,此時每個水分子間的相互作用微乎其微。

(4)再繼續對水蒸氣加熱,大約到1000℃時,水分子間氫和氧的化學鍵開始斷裂,隨著溫度的升高,斷裂的水分子越多,但此時還是氣態,水分子斷裂後的原子以激發態的形式存在,激發態是核外電子躍遷到高能級軌道,但是還沒有完全脫離原子核束縛(電離),如果處於激發態的電子回落到低能級軌道,就會對外釋放電磁波,所以此時的氣體會發光發熱。

(5)當溫度升高到10000℃以上,氫原子和氧原子的核外電子會逐步成為自由電子,此時物質逐漸轉變為等離子態。

在茫茫的宇宙中,天體表面溫度的不同,會以在表面形成不同的物質狀態,比如我們地球屬於固態星球,其表面物質主要以固態為主,其次是液態水,而大氣物質以氣態形式存在;木星、土星等大質量行星屬於氣態星球,主要成分是氫氣和氦氣。

太陽屬於恆星,恆星內部進行著劇烈的核聚變反應,同時釋放大量的熱能,科學家根據理論計算,太陽核心溫度高達1500萬度,壓力高達3000億個大氣壓,此時沒有任何物質能抵抗這樣的超高溫,每個原子和電子都擁有巨大的動能,

由於太陽的核聚變反應只集中在核心區域,熱量也是在核心區域釋放,所以在太陽上,離核心區域越遠溫度越低,當到達太陽表面時,溫度下降到5500℃,太陽表面溫度可以根據黑體輻射定律計算出來,太陽光譜中能量最高的電磁波波長為λ=500nm,根據維恩位移定律可以得到太陽表面溫度T:

T=b/λ≈5800K;

太陽的主要成分是氫和氦,太陽表面溫度低的地方,氫和氦可以以氫氣和氦氣的形式存在,但是在內部溫度高的地方,氫和氦將轉變為等離子體。

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