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        如果太陽(yáng)是顆雞蛋

        2023-11-01 01:54:50韓大洋
        發(fā)明與創(chuàng)新 2023年31期
        關(guān)鍵詞:光球日冕核心區(qū)

        ◆韓大洋

        太陽(yáng)的直徑約為140 萬(wàn)千米,體積是地球的130 萬(wàn)倍,內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。人類經(jīng)過(guò)上百年的研究,借助數(shù)學(xué)、物理等工具,通過(guò)理論計(jì)算和科學(xué)探測(cè),初步探明了它內(nèi)部構(gòu)造的模樣。咦,這是一顆懸浮在宇宙中的煮雞蛋嘛!

        如果你想品嘗一口太陽(yáng)的味道,千萬(wàn)記得不要用金屬勺子,因?yàn)椤?/p>

        太陽(yáng)核心區(qū)——這枚“雞蛋黃”噎得慌

        這是太陽(yáng)系自然溫度最高的地方,在太陽(yáng)形成之初就是一片熱鬧非凡的景象。溫度能輕松突破1500 萬(wàn)攝氏度,壓力更是高達(dá)3000 億個(gè)地球大氣壓,如此極端的條件為核反應(yīng)提供了絕佳的環(huán)境。于是,太陽(yáng)核心區(qū)每秒就有約6 億噸氫元素通過(guò)核聚變反應(yīng)成為氦,與此同時(shí),通過(guò)失去400 萬(wàn)噸物質(zhì)質(zhì)量的方式釋放巨大的能量。用光芒萬(wàn)丈、耀眼奪目等詞形容它都顯得那么蒼白無(wú)力。

        圖1 如果太陽(yáng)是顆雞蛋漫畫(huà)(圖/韓大洋 弓盈 繪)

        這就是太陽(yáng)內(nèi)部的最核心區(qū)域,整個(gè)星系能源工廠的主要生產(chǎn)車間。如果我們將太陽(yáng)解剖開(kāi)來(lái),你將看到整個(gè)核心區(qū)約占太陽(yáng)半徑的四分之一,就如同一枚雞蛋黃,富含營(yíng)養(yǎng)與能量,只不過(guò)吃的時(shí)候容易噎著。

        太陽(yáng)輻射區(qū)——光速公路“大塞車”

        太陽(yáng)核心區(qū)外面的部分被稱為輻射區(qū),核聚變產(chǎn)生的能量從這里向外傳輸,占太陽(yáng)內(nèi)部0.25~0.86 個(gè)半徑的區(qū)域,如同雞蛋黃外包裹的蛋白。如果按照光速計(jì)算,光子離開(kāi)這一區(qū)域所用的時(shí)間不到兩秒鐘,實(shí)際上這里卻被能量堵得水泄不通。

        由于太陽(yáng)巨大的能量產(chǎn)出和特殊的物質(zhì)結(jié)構(gòu),無(wú)數(shù)的光子被困在輻射區(qū),原本沿直線高速傳播的光遇到了大麻煩:它們互相擠在一起,就像一顆顆彩虹糖填滿了圓形的外盒,你想取出一顆糖來(lái),根本倒不出來(lái),甚至連將手指伸入其中的空間也沒(méi)有。

        光子的運(yùn)動(dòng)路線非常曲折,且自由程很小,每次運(yùn)動(dòng)只能走1μm~10μm,科學(xué)家通過(guò)模型計(jì)算了光子離開(kāi)輻射區(qū)的大致時(shí)間,大約平均需要一百萬(wàn)年。所以,我們現(xiàn)在沐浴的陽(yáng)光,說(shuō)不定與人類一般古老。

        太陽(yáng)對(duì)流區(qū)——“味道”不好但很重要

        輻射區(qū)外部有一層厚約數(shù)萬(wàn)千米的區(qū)域,被稱為對(duì)流區(qū)。雞蛋蛋白外包裹的一層薄膜能夠留住水分,阻擋細(xì)菌的入侵。雖然吃起來(lái)口感很差,但對(duì)于雞蛋來(lái)說(shuō)這層薄膜非常重要。對(duì)流區(qū)于太陽(yáng)的外在活動(dòng)而言,也十分重要。

        顧名思義,太陽(yáng)的對(duì)流區(qū)如同地球大氣的對(duì)流層一樣,存在著劇烈的熱量交換過(guò)程——溫度高的太陽(yáng)等離子體不斷上升,來(lái)到太陽(yáng)表面,并在這一過(guò)程中溫度逐漸降低,隨后又被溫度更高的物質(zhì)取代,再次沉降到對(duì)流層底部,如此循環(huán)往復(fù)。太陽(yáng)的能量伴隨這一過(guò)程被運(yùn)輸?shù)搅吮砻?,并在一些地方不斷累積。

        太陽(yáng)大氣——冒著熱氣的“蛋殼”

        核心區(qū)、輻射區(qū)和對(duì)流區(qū)可以被認(rèn)為是太陽(yáng)本體,再往外我們就正式來(lái)到太陽(yáng)外部大氣層了。這里從內(nèi)到外又分為光球?qū)印⑸驅(qū)雍腿彰釋尤齻€(gè)區(qū)域,它們組成了“雞蛋”的外殼,還有外殼上裊裊升起的熱氣。

        “蛋殼”內(nèi)部這一面就是光球?qū)樱暮穸却蠹s500 千米,由不透明的氣體組成。別小看這薄薄的一層,它可負(fù)責(zé)了99%的可見(jiàn)光,意味著我們?nèi)粘?吹降奶?yáng)其實(shí)只是它的光球?qū)?。除此之外,大家耳熟能詳?shù)奶?yáng)黑子也是由光球?qū)釉杏?,?duì)流區(qū)從太陽(yáng)內(nèi)部搬運(yùn)上來(lái)的能量,其中一部分就留在了光球?qū)拥暮谧踊顒?dòng)區(qū)。

        緊挨著光球?qū)?,位于“蛋殼”另一面的就是色球?qū)樱驌碛忻匀说拿倒寮t色而得名。不過(guò)就算你冒著亮瞎眼睛的風(fēng)險(xiǎn)去看太陽(yáng)也是無(wú)法看到色球?qū)拥?,因?yàn)樗耆还馇驅(qū)拥膹?qiáng)光淹沒(méi)了,何況盯著太陽(yáng)看是要禁止的危險(xiǎn)行為。但大自然還是給我們留了一個(gè)“后門”,那就是當(dāng)發(fā)生日全食的時(shí)候,整個(gè)太陽(yáng)都被月球遮擋,此時(shí)處于外層的色球?qū)泳湍芤徽顾姆既萘恕3穗y得一見(jiàn)這一特點(diǎn)外,色球?qū)舆€是耀斑活動(dòng)爆發(fā)的位置。

        日冕層位于太陽(yáng)大氣的最外層,它是太陽(yáng)等離子體向外的延伸,其范圍非常寬廣,能覆蓋數(shù)個(gè)太陽(yáng)半徑區(qū)域,而且外在形態(tài)非常迷人,如同女子隨風(fēng)飄動(dòng)的長(zhǎng)發(fā)。它與色球?qū)右粯?,自然狀態(tài)下只有在日全食的食甚片刻才能看到。日冕真正厲害的是它的超高溫,太陽(yáng)表面的平均溫度在5500~6000 ℃,而靠外的日冕卻能跳變至上百萬(wàn)攝氏度。它是如何做到的?這件事至今仍困擾著太陽(yáng)物理學(xué)家們。

        日冕上還會(huì)形成密度不均的大氣分布,其中等離子體溫度相對(duì)低、數(shù)量稀少的區(qū)域會(huì)形成冕洞,太陽(yáng)風(fēng)就是從這些地方源源不斷地飛到太陽(yáng)系的每一個(gè)角落。

        下期,我們將認(rèn)識(shí)太陽(yáng)的外在活動(dòng)!

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