太陽是太陽系的中心天體,其質量高達1.9891×10 kg,在整個太陽系中太陽的質量佔比為99.86%,太陽主要由氫、氦等元素構成,由於太陽具有巨大的質量,在重力的作用下其內核處於高溫高壓狀態中,其溫度可達1500萬攝氏度,而壓強要比我們的大氣壓高出兩百萬倍,在太陽的核心區4個氫原子發生氫核聚變縮合成一個氦原子,在核聚變過程中會產生質量虧損,而虧損的質量則轉化成了能量,並以光子的形式釋放出來。太陽每秒鐘有四百萬噸的物質會轉化為能量,整個太陽可以看做是一個發光發熱的等離子球。
如果我們刨開太陽會發現,整個太陽從內到外可分為核心區、輻射區、對流區、光球層、色球層和日冕層,太陽的能量之源就在核心區,由核心區產生的能量會被輻射區所吸收,並繼續向外傳遞至對流區,對流區類似於地球大氣層中的對流層,對流區底部的物質在接受到輻射區的能量後會被加熱,從而產生徑向對流,高溫物質向外不斷運動而外側的物質不斷下沉,並將能量傳遞給光球層,在這個過程中來自於核心區的高能光子會被反覆的吸收釋放,其能量逐漸被降低,從而形成廣泛的光譜,我們所接收到的能量主要由光球層發出,所以太陽光譜其實也就是光球層光譜,光球層可以看做是太陽大氣層的地層,向外就是色球層與日冕層,這些區域是充滿磁場的等離子物質層,常常會爆發耀斑、日珥等現象。
從上文可知,太陽的熱量之源在其核心區,太陽在將熱量傳遞給周圍的天體前必須要傳遞給自身的其他區層,但是太陽在完成自身的加熱後,如何把熱量傳遞給周圍的天體呢?我們知道熱量通過三種方式進行傳遞,分布是熱傳導、熱對流與熱輻射。我們的宇宙空間中雖然也有許多粒子,但是其密度非常低,大約一立方米的空間中僅有一個粒子,熱傳導與熱對流可以認為是不起作用的,因此太陽的熱量主要通過熱輻射傳遞給其天體。熱輻射其實就是熱量以電磁波的形式向外傳遞的過程,任何物體只要溫度高於絕對零度就能輻射電磁波。
太陽具有極為廣泛的光譜,其輻射能量主要集中在紅外區(>0.76μm)、可見光區(0.4~0.76μm)和紫外區(<0.4μm),因此太陽輻射屬於短波輻射。我們以地球為例,當太陽光抵達地球後,地球的高層大氣會吸收太陽光中波長較短的電磁波,從而使溫度升高,隨著太陽光逐漸向地球大氣層內部射入,地球的臭氧層則會吸收大量的紫外線從而升溫,在地表附近則主要會吸收太陽的紅外光波而升溫。太陽的輻射功率非常的大,雖然地球僅僅吸收了二十二億分之一,但足以維持地球生態的不斷繁榮。
電磁波如何加熱物體呢?我們知道物體無時無刻在向外輻射能量,同樣物體也會吸收電磁輻射。以微波爐為例,微波爐的磁控管將電能轉化為電磁能,而食物中分子在吸收微波後會加速運動碰撞,從而被加熱。但是為什麼粒子在吸收電磁波後會加速運動呢?我們知道組成物質的粒子由於電荷分布不均會具有極性,而電磁波本質上是不斷變化的電磁場,帶有電荷的粒子在電磁場中會必然會受到作用力,因此會獲得能量而加速運動,而溫度則是構成物體微觀粒子運動劇烈程度的表現,因此物體在電磁波的作用下變熱了,除了粒子的極性原因,粒子的大小與電磁波的波長接近使會產生「共振」,從而使物體變熱,比如紅外線加熱。
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