天文科普:太陽的光可以照射多遠,為什麽?
來源:悟空問答
發布時間:2020-12-04
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太陽光產(chan) 生於(yu) 太陽的核心區域,這個(ge) 範圍大概是太陽中心向外延伸17萬(wan) 公裏(相當於(yu) 太陽半徑的四分之一)。那麽(me) ,太陽的核心中是如何產(chan) 生光的呢?

在太陽核心中,密度可達水的150倍,溫度將近1570萬(wan) 度,壓強相當於(yu) 2500億(yi) 個(ge) 地球表麵大氣壓。在這種熾熱致密的環境中,氫原子核獲得了巨大的動能,這使它們(men) 能夠克服電磁力作用,從(cong) 而互相碰撞,發生核聚變反應,形成氦原子核。

在氫核聚變的過程中,有一些質量會(hui) 轉變為(wei) 能量——伽馬射線和中微子。伽馬射線是肉眼不可見的高能光子,但我們(men) 能夠看到太陽,這意味著伽馬射線的能量發生了衰減,一部分變成了可見光。

光子離開太陽表麵,它們(men) 會(hui) 向宇宙中的所有方向發射出去。經過大約8.3分鍾的傳(chuan) 播,光子抵達地球,我們(men) 就能看到太陽。但事實上,我們(men) 所看到的太陽光不是產(chan) 生自8.3分鍾之前,而是來自數萬(wan) 乃至十幾萬(wan) 年前。

光子在太陽的核心產(chan) 生之後,無法徑直朝著太陽表麵傳(chuan) 播。這是因為(wei) 太陽核心的密度非常高,光子在前進過程中不斷會(hui) 撞上氫原子核、電子。這些帶電粒子會(hui) 吸收光子,然後又再次把光子輻射出來。經過這樣的過程,原本不到3光秒的路程,光子最終耗費了1萬(wan) 至17萬(wan) 年的時間才抵達太陽表麵。

這些來自上萬(wan) 年前的光子離開太陽表麵之後,就會(hui) 進入廣袤的空間中。太陽光經過3分鍾後會(hui) 抵達水星,8.3分鍾後抵達地球,43分鍾後抵達木星,4.2小時候抵達海王星,20.6小時候抵達旅行者1號,1年後穿過奧爾特雲(yun) 進入星際空間中,4.2年後抵達比鄰星,1900年之後從(cong) 垂直於(yu) 銀道麵方向離開銀河係。

那麽(me) ,太陽光能照射到多遠的地方呢?太陽光會(hui) 抵達宇宙的盡頭嗎?太陽光會(hui) 消失掉嗎?

光是電磁波,其本質是交互變換的電磁場,光的傳(chuan) 播不需要介質。因此,當太陽光在空蕩蕩的宇宙空間中傳(chuan) 播時,如果沒有遇到其他天體(ti) 而被吸收,太陽光是不會(hui) 消失在宇宙中的。要知道,宇宙中最古老的光子已經傳(chuan) 播了138億(yi) 年而沒有消失,它們(men) 的存在時間隻比宇宙年齡短了38萬(wan) 年。

由於(yu) 太陽存在了46億(yi) 年,並且太陽光始終會(hui) 以光速前進,這意味著太陽光最遠已經照射到了46億(yi) 光年之外,這已經遠超銀河係所處的拉尼亞(ya) 凱亞(ya) 超星係團的範圍。

隻要太陽光沒有被吸收,它們(men) 一直會(hui) 在宇宙中前進。考慮到空間不斷膨脹,這會(hui) 導致太陽光的波長在前進過程中不斷拉長,最終會(hui) 變成能量很低、波長很長的無線電波。

空間不僅(jin) 在膨脹,而且膨脹的速度還在持續增加。據估計,目前距離我們(men) 超過140億(yi) 光年的星係正在超光速退行。因此,即便太陽光以光速在宇宙中無限傳(chuan) 播下去,它們(men) 始終無法到達遙遠的宇宙,無法離開可觀測宇宙,更無法到達宇宙的盡頭。


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