太陽(yáng)發(fā)光的科學(xué)原理是什么
太陽(yáng)發(fā)光是我們經(jīng)常愛(ài)你到的事情，所以有很多的人都會(huì)想知道太陽(yáng)是如何發(fā)光的。下面是百分網(wǎng)小編為你精心推薦的太陽(yáng)發(fā)光的科學(xué)原理，希望對(duì)您有所幫助。
太陽(yáng)發(fā)光科學(xué)原理
太陽(yáng)與地球之關(guān)系就好比植物與動(dòng)物之關(guān)系.太陽(yáng)僅是人看到某個(gè)大星球中的一小部分,這個(gè)大星球在進(jìn)行自身的生長(zhǎng)的同時(shí),也會(huì)產(chǎn)生物質(zhì)向極移聚現(xiàn)像,當(dāng)物質(zhì)移聚達(dá)極限時(shí),就會(huì)產(chǎn)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化現(xiàn)像,即太陽(yáng)中的發(fā)光現(xiàn)像,而由太陽(yáng)體發(fā)出的太陽(yáng)光又會(huì)與反射回的太陽(yáng)光及別的星球產(chǎn)生的光一起而形成九大行星,這與地球上的動(dòng)物起源原理是很類(lèi)似的。
太陽(yáng)是如何發(fā)光的
太陽(yáng)是一顆典型的恒星，它每秒向宇宙空間發(fā)出巨大的能量。
自古以來(lái)，太陽(yáng)為何會(huì)發(fā)光發(fā)熱，一直是人們關(guān)注的問(wèn)題。曾有人認(rèn)為，太陽(yáng)是依靠燃燒煤來(lái)發(fā)光發(fā)熱的，但經(jīng)過(guò)計(jì)算，如果太陽(yáng)是一個(gè)大煤球，按照太陽(yáng)的總輻射能量3.75x10^26J，只夠太陽(yáng)發(fā)光發(fā)熱1500年。后又有人提出，太陽(yáng)是依靠物質(zhì)向內(nèi)部“掉落”，即重力勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，再轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軄?lái)發(fā)光發(fā)熱的，但這樣一來(lái)，太陽(yáng)就必須因?yàn)椴粩嗟氖湛s而越來(lái)越小，但沒(méi)有觀察到這一現(xiàn)象。且即使這樣，也只能維持太陽(yáng)以觀測(cè)到的能量輻射一千多萬(wàn)年。
上世紀(jì)20年代末，隨著元素放射性的發(fā)現(xiàn)，英國(guó)物理學(xué)家亞瑟·愛(ài)丁頓提出，太陽(yáng)的能量只能來(lái)源于氫的核聚變反應(yīng)，并在30年代出版的《恒星的結(jié)構(gòu)》一書(shū)中詳細(xì)論述。但經(jīng)過(guò)計(jì)算，要使氫發(fā)生核聚變反應(yīng)，太陽(yáng)中心的溫度必須達(dá)到上億度才行，而太陽(yáng)中心的溫度只有約1500萬(wàn)度，不足以引發(fā)氫的核聚變反應(yīng)。
上世紀(jì)40年代，來(lái)自前蘇聯(lián)的美國(guó)物理學(xué)家喬治·伽莫夫應(yīng)用德國(guó)物理學(xué)家維爾納·海森堡的量子物理不確定性原理(也稱(chēng)測(cè)不準(zhǔn)原理)，解釋了原子核的放射性。
美國(guó)物理學(xué)家富勒認(rèn)為，這個(gè)解釋也可以反過(guò)來(lái)用。于是，他把伽莫夫的理論應(yīng)用于太陽(yáng)能量的產(chǎn)生，終于計(jì)算出，在太陽(yáng)內(nèi)部，氫的核聚變反應(yīng)能夠在1500萬(wàn)度的溫度下發(fā)生。
現(xiàn)在我們知道，包括太陽(yáng)在內(nèi)的所有恒星，都是借助于量子物理學(xué)原理，時(shí)刻發(fā)生著各種核聚變反應(yīng)，并借此發(fā)光發(fā)熱的。
根據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能公式E=mc^2計(jì)算，每“燃燒”1千克氫，就能放出6.4×10^14焦耳的能量，相當(dāng)于燃燒19000噸煤所產(chǎn)生的能量。按照太陽(yáng)目前的總輻射量計(jì)算，每秒鐘有6億多噸的氫被轉(zhuǎn)化成氦。這聽(tīng)起來(lái)很多，但其實(shí)只是太陽(yáng)質(zhì)量的很小一部分。太陽(yáng)質(zhì)量若取整數(shù)，大約是2×10^33克，或2×10^27噸。太陽(yáng)每秒把6×10^8噸的氫轉(zhuǎn)變成氦，每年“燒”掉不到2×10^16噸的燃料。按照這樣的消耗速度，100億年也只用掉2×10^26噸的氫，只有太陽(yáng)總質(zhì)量的10%。太陽(yáng)在50億年的漫長(zhǎng)時(shí)間中，只消耗了不到5%的質(zhì)量。太陽(yáng)上，氫元素占元素總量的70%，氦占28%，其它元素只占2%。對(duì)于一顆恒星來(lái)說(shuō)，雖然氫所占的量下降20%，該恒星就會(huì)顯露出“老態(tài)”，而按照目前太陽(yáng)因核聚變反應(yīng)速率計(jì)算，太陽(yáng)足可以穩(wěn)定地“燃燒”上3.32×1017秒，約10^10年，即100億年，因此說(shuō)太陽(yáng)現(xiàn)在剛到“中年”。它還可以穩(wěn)定“燃燒”50億年以上。
太陽(yáng)發(fā)光的原因
在太陽(yáng)內(nèi)部，4個(gè)氫原子發(fā)生氫核聚變縮合成一個(gè)氦原子，放出巨大能量，這能量就是光和熱。
太陽(yáng)是利用核聚變發(fā)光發(fā)熱的，當(dāng)兩種很輕的原子核在高溫下相遇時(shí)(比如氦和氫)，會(huì)合成新的原子核，同時(shí)釋放出巨大的能量。
因?yàn)樗鼤r(shí)刻都在進(jìn)行核聚變
這是人們一直在探索的重要問(wèn)題。但是由于受到科技研究手段的局限，雖然各種各樣的有關(guān)太陽(yáng)能源的猜測(cè)相繼提出，卻總是找不出足夠的科學(xué)依據(jù)。大約一百年前，德國(guó)和英國(guó)的科學(xué)家們根據(jù)能量守恒和轉(zhuǎn)化定律提出太陽(yáng)中的分子在引力的作用下會(huì)向中心坍縮。在著坍縮過(guò)程中，分子的動(dòng)能會(huì)變成熱能。所以太陽(yáng)維持著它極高的溫度，輻射出光和熱。
本世紀(jì)三十年代起，隨著原子核結(jié)構(gòu)研究的深入，人們逐漸地認(rèn)識(shí)到當(dāng)很輕的原子核在極高的溫度下非常靠近時(shí)，會(huì)發(fā)生聚變，形成新的原子核，并且放出巨大的能量。這為解釋太陽(yáng)的巨大能源的來(lái)源提供了新的理論。
美國(guó)物理學(xué)家貝特把聚變的理論推廣到太陽(yáng)。他認(rèn)為太陽(yáng)內(nèi)部高達(dá)2000萬(wàn)度的高溫下氫原子聚變?yōu)楹ぴ�，同時(shí)釋放出巨大的能量。根據(jù)這些核聚變計(jì)算出的太陽(yáng)能量釋放值與觀察值相當(dāng)吻合。
太陽(yáng)的概況
在茫茫宇宙中，太陽(yáng)只是一顆非常普通的恒星，宇宙中的任何一顆恒星的質(zhì)量都要大于太陽(yáng),在造的太陽(yáng)風(fēng)延伸到100天文單位遠(yuǎn)的日球?qū)禹敗＿@個(gè)太陽(yáng)風(fēng)形成的“氣泡”稱(chēng)為太陽(yáng)圈，是太陽(yáng)系中最大的連續(xù)結(jié)構(gòu)。太陽(yáng)或日是位于太陽(yáng)系中心的恒星，它幾乎是熱等離子體與磁場(chǎng)交織著的一個(gè)理想球體。其直徑大約是1,392,000(1.392×10^6)公里，相當(dāng)于地球直徑的.109倍;質(zhì)量大約是2×10^30千克(地球的330,000倍)，約占太陽(yáng)系總質(zhì)量的99.86%。 從化學(xué)組成來(lái)看，太陽(yáng)質(zhì)量的大約四分之三是氫，剩下的幾乎都是氦，包括氧、碳、氖、鐵和其他的重元素質(zhì)量少于2%.
地球圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道是橢圓形的，每年7月離太陽(yáng)最遠(yuǎn)(稱(chēng)為遠(yuǎn)日點(diǎn))，每年1月最近(稱(chēng)為近日點(diǎn))，平均距離是1億4960萬(wàn)公里(天文學(xué)上稱(chēng)這個(gè)距離為1天文單位)。以平均距離算，光從太陽(yáng)到地球大約需要經(jīng)過(guò)8分19秒。太陽(yáng)光中的能量通過(guò)光合作用等方式支持著地球上所有生物的生長(zhǎng)，也支配了地球的氣候和天氣。人類(lèi)從史前時(shí)代就一直認(rèn)為太陽(yáng)對(duì)地球有巨大影響，有許多文化將太陽(yáng)當(dāng)成神來(lái)崇拜。 對(duì)太陽(yáng)的正確科學(xué)認(rèn)識(shí)進(jìn)展得很慢，直到19世紀(jì)初期，杰出的科學(xué)家才對(duì)太陽(yáng)的物質(zhì)組成和能量來(lái)源有了一點(diǎn)認(rèn)識(shí)。人類(lèi)對(duì)太陽(yáng)的理解一直在不斷進(jìn)展中，還有大量有關(guān)太陽(yáng)活動(dòng)機(jī)制方面的未解之謎等待著人們來(lái)破解。
太陽(yáng)圓面在天空的角直徑為32角分，與從地球所見(jiàn)的月球的角直徑很接近，是一個(gè)奇妙的巧合(太陽(yáng)直徑約為月球的400倍而離我們的距離恰是地月距離的400倍)，使日食看起來(lái)特別壯觀。由于太陽(yáng)比其他恒星離我們近得多，其視星等達(dá)到-26.8，成為地球上看到最明亮的天體。太陽(yáng)每25.4天自轉(zhuǎn)一周(隨緯度有所差異，赤道快，極點(diǎn)慢些，約30.2天)，每2.5億年繞銀河系中心公轉(zhuǎn)一周。太陽(yáng)因自轉(zhuǎn)而呈輕微扁平狀，與完美球形相差0.001%，相當(dāng)于赤道半徑與極半徑相差6km(地球這一差值為21km，月球?yàn)?km，木星9000km，土星5500km)。差異雖然很小，但測(cè)量這一扁平性卻很重要，因?yàn)槿魏紊源笠稽c(diǎn)的扁平程度(哪怕是0.005%)將改變太陽(yáng)引力對(duì)水星軌道的影響，而使根據(jù)水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)對(duì)廣義相對(duì)論所做的檢驗(yàn)成為不可信。
在其存在的最后階段，太陽(yáng)中的氦將轉(zhuǎn)變成重元素，太陽(yáng)的體積也將開(kāi)始不斷膨脹，直至將地球吞沒(méi)。在經(jīng)過(guò)一億年的紅巨星階段后，太陽(yáng)將突然坍縮成一顆白矮星--所有恒星存在的最后階段。再經(jīng)歷幾萬(wàn)億年，它將最終完全冷卻,然后慢慢地消失在黑暗里。太陽(yáng)是距離地球最近的恒星，是太陽(yáng)系的中心天體。體積是地球的130萬(wàn)倍。在銀河系內(nèi)一千多億顆恒星中，太陽(yáng)只是普通的一員，它位于銀河系的對(duì)稱(chēng)平面附近，距離銀河系中心約26000光年，在銀道面以北約26光年, 它一方面繞著銀心以每秒250公里的速度旋轉(zhuǎn)，另一方面又相對(duì)于周?chē)阈且悦棵?9.7公里的速度朝著織女星附近方向運(yùn)動(dòng)。其中心區(qū)不停地進(jìn)行熱核反應(yīng)，所產(chǎn)生的能量以輻射方式向宇宙空間發(fā)射。
自轉(zhuǎn)
太陽(yáng)地球自轉(zhuǎn)不能以云層或海洋為依據(jù)，太陽(yáng)自轉(zhuǎn)也不能看表面，但人們無(wú)法知道其內(nèi)部情況，所以無(wú)法知道太陽(yáng)自轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。人們只看到太陽(yáng)是流體星球，其它都是推測(cè)。
公轉(zhuǎn)
太陽(yáng)繞銀河系中心公轉(zhuǎn)。銀河系中心可能有巨大黑洞,但它周?chē)紳M了恒星,所以看上去象“銀盤(pán)”。這些恒星都繞“銀核”公轉(zhuǎn)。與地球公轉(zhuǎn)不同，這些恒星公轉(zhuǎn)每繞一周離“銀核”會(huì)更近。
太陽(yáng)光
陽(yáng)光是地球能量的主要來(lái)源。太陽(yáng)常數(shù)是在距離太陽(yáng)1天文單位的位置（也就是在或接近地球），直接暴露在陽(yáng)光下的每單位面積接收到的能量，其值約相當(dāng)于1,368W/m3（瓦每平方米）。經(jīng)過(guò)大氣層的吸收后，抵達(dá)地球表面的陽(yáng)光已經(jīng)衰減——在大氣清澈且太陽(yáng)接近天頂?shù)臈l件下也只有約1,000W/m3。
有許多種天然的合成過(guò)程可以利用太陽(yáng)能-光合作用是植物以化學(xué)的方式從陽(yáng)光中擷取能量（氧的釋出和碳化合物的減少），直接加熱或使用太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換成電的儀器被使用在太陽(yáng)能發(fā)電的設(shè)備上，或進(jìn)行其他的工作；有時(shí)也會(huì)使用集光式太陽(yáng)能（也就是凝聚陽(yáng)光）。儲(chǔ)存在原油和其它化石燃料中的能量是來(lái)自遙遠(yuǎn)的過(guò)去經(jīng)由光合作用轉(zhuǎn)換的太陽(yáng)能。
溫度
核心
核心是太陽(yáng)內(nèi)唯一能經(jīng)由核聚變產(chǎn)生大量能量的區(qū)域，溫度高達(dá)1570萬(wàn)K。99%的能量產(chǎn)生在太陽(yáng)半徑的24%以?xún)?nèi)，而在30%半徑處，核聚變反應(yīng)幾乎完全停止。
光球?qū)?/strong>
光球?qū)由献铒@著的現(xiàn)象就是太陽(yáng)黑子，所謂太陽(yáng)黑子，只指太陽(yáng)光球?qū)由系臏囟认鄬?duì)較低的區(qū)域，其溫度約為4500K，而光球其余部分的溫度約為5777K。
色球?qū)?/strong>
色球厚度約2000千米，太陽(yáng)的溫度分布從核心向外直到光球?qū)�，都是逐漸下降的 ，但到了色球?qū)樱瑓s又反常上升，到接近頂端的溫度大約在20000K。
日冕
日冕是太陽(yáng)大氣的最外層，它由高溫、低密度的等離子體所組成，日冕的溫度高達(dá)百萬(wàn)度。
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