你看到的阳光,竟然是史前的?
大家好,我是XXXX。
太阳发出的阳光照耀万物,植物的生长离不开阳光。动物又通过以植物为食来获取赖以生存的能量。我们人类的生存繁衍更是离不开各种动物和植物所提供的营养。
可以说,阳光才是我们的衣食父母。中国有句俗话,“靠山吃山,靠水吃水!”,但是本质上,我们都是“吃光”张大的。
你知道么?当你走到窗前,感受阳光温暖的时候,你所感受到的阳光竟然是几百万年前产生的。可以这么说,我们不但“吃光”,而且吃的是陈年老光。
想要弄清楚“为什么我们看到的光是几百万年前产生的?”,我们需要先了解一下太阳是如何发光的。
太阳如何发光
很久以前,人类认为太阳是一个挂在天上不断燃烧地大煤球。
不要嘲笑当时的人类,因为那时候人们知道的最耐烧的材料就是煤炭了。
随着物理和化学的飞速发展,人们了解了太阳的组成成分,这时人们又开始猜测,太阳是通过发生化学反映,发光发热的。
氢气和氧气发生作用会产生水和能量。这个观点乍一看上去无懈可击。可是很快科学家们就出来反驳了。
想要太阳保持当前的亮度释放能量。就算耗尽太阳中全部的氧元素也仅仅能支持这个反应30年的时间,就算不考虑氧元素的限制,仅从氢的含量来考虑,太阳中的氢也仅能支撑这个反应18000年。可是我们知道太阳从形成距今已经50亿年了,更重要的是太阳还是一个壮年,再燃烧50亿年也不成问题。
你怎么敢说,猛男“不行”?
那么,太阳究竟是如何发光的呢?
这就要感谢二十世纪最伟大的两项研究成果 -- 量子力学 和 相对论了~~~
太阳能够发光就是因为在其核心区域发生着 热核聚变,
4个H原子相互碰撞会聚变生成1个氦-4并产生电子、中微子、能量(光子)。这个反映被称为H燃烧。
至于为什么核聚变会产生能量,这就要归功于二十世纪最伟大的科学家爱因斯坦老爷子提出的质能方程了!
多说一句,爱因斯坦在1905年提出质能方程的时候才26岁。
反应前的4个氢原子的质量大于氦-4的质量,这一部分缺失的质量转化为能量以光子的形式被释放出来了。
电子和中微子,因为质量远远小于氢原子被忽略了。
可是问题来了,想要4个氢原子同时发生碰撞这个条件也未免太苛刻了,如果太阳真需要4个氢原子同时发生碰撞才能发生H燃烧。那么结果只有一个,一首凉凉送给你~~。
但是!但是!宇宙的神奇岂是你我这等凡人可以揣度的?太阳自有办法让这个的反映发生。如果各位观众老爷们想在别人面前装个X,记住一个名词,质子质子链(proton-proton chain)俗称PP链。
PP链的具体反应流程如下: 想了解的观众官老爷们可以暂停视频自行查看。
太阳的结构
我们现在知道了太阳的光是怎么产生的,可是为什么我们现在看到的光其实是几百万年前产生的呢?
想要回答这个问题,我们还要了解一下太阳的结构。
太阳是由核心区域,色球、光球、太阳大气组成的。我们在白天所能观测到的就是太阳的色球区。
但是热核聚变并不是想发生就能发生。人家发生是需要一定条件滴~核聚变需要高温和高密度。因此,只有在核心区域才会发生核反应。
核心区大概占太阳体积的1/16。质量却占整个太阳90%, 温度也高达到800万~1500万K
800万开尔文有多高呢? 当前已知熔点最高的物质是五碳化四钽铪(Ta₄HfC₅),它的熔点是4215℃,而太阳核心的温度是 这个温度的1700多倍。
高温使得核心区的各种粒子速度极快,高密度使得单位空间内所含的粒子数目众多。因此,太阳中绝大部分的热核反映都在这个区域发生。
当热核反应发生后会产生光子,光子以光速沿着直线在高温高密度的太阳核心中高速运行。不可避免地与电子和原子核等其他粒子发生碰撞。每一次碰撞,都会改变光子运行的方向。于是光子从产生开始就像一只无头苍蝇一样在太阳中不断的碰壁不断地改变方向。这种光子在太阳中进行无规则的随机运动在天文学中被称为 random walk。
因此,光子想要飞出太阳飞奔向地球,所需要的时间,不再是太阳的半径除以光速,而是光子真实走过的路程除以光速,这个过程的时间可能处于105~107年之间。
这里所说的时间是一个量级,也就是有可能是十几万年也可能是几千万年。
各位观众老爷们,请您想像一下。当你享受着阳光的沐浴。与你相遇的众多光子中,有些光子很幸运,他们是从《人类简史》开始的智人时期产生的,经过十几万年的碰撞与你相遇。而有些光子产生的时候,恐龙还统治着这个地球。它们经历了几千万年才遇到你。
如果你看到了这里,请你抬头看一看窗外,认真地感受这场你与光子跨越百万年的相遇吧。