光到地球只要8分鐘,為何從太陽中心到太陽表面卻要17萬年?

本文參加【科普新星培訓營】,內容為作者原創。

太陽光對於人類、地球的重要性不言而喻,太陽光給予了我們能量,讓我們擁有了美麗壯觀的大自然,也讓我們有了希望,從古到今,人類對於太陽的讚美就從沒停止過。

以前,人們總以為夜晚天空中的星星是自己發光的,到了近現代才知道,它們只不過是“借”了太陽的光,而人類的近鄰“月亮”,也是依靠折射太陽的光線,成為人類歷史長河中又一歌頌的對象。

每每遙望星空,人們總會思考星空中閃閃發光的星星,到底離我們有多遠?

光到地球只要8分鐘,為何從太陽中心到太陽表面卻要17萬年?

人們總以為可以摘星戴月,很多文學作品,音樂歌詞中也總會有“摘下星星月亮給你”這樣美好的幻想,但隨著科技的發展,人類才知道這些看似“親近”的天體,離人類好遠好遠,遠到人類要用新的計量單位來形容。

比如,天文單位,1天文單位約等於1億5千公里,這可以用來形容太陽系之內的距離,但在太陽系外,這個單位就顯得有點無力了,於是便有了更大的長度單位“光年”,指的是光在真空環境下走1年的距離。

光到地球只要8分鐘,為何從太陽中心到太陽表面卻要17萬年?

連計量單位都用光來表示,可見光對人類的重要性。

光從太陽表面走到地球,大約只需要8分鐘,如此遙遠的距離,光行走的時間給人類吃一頓飯都不夠,宇宙之大,實在是難以想象。那麼,光從太陽中心走到太陽光球表面,大約需要多長時間呢?

答案是“17萬年”,為什麼光到地球只要八分鐘,走到自己家門口卻足足要17萬年?

眾所周知,光子是由太陽中心的核聚變產生的,光子產生後,以每秒30公里的速度快速移動,但是,太陽內部有著太多太多的質子,在這個過程中,它們會不斷髮生碰撞,這時候光子的前進方向會不斷改變,並不能按照直線一樣走。

光到地球只要8分鐘,為何從太陽中心到太陽表面卻要17萬年?

光子一邊和質子不斷碰撞,一邊隨機地運動,所以走到家門口需要的時間遠比想象的多得多。

科學家根據“隨機漫步理論”計算出了光子在太陽內部行進的距離。根據這個理論,如果1秒走一米的距離,那麼隨機行走的情況下會有很多“彎彎繞繞”,所以即使是11天走了百萬步,那麼它前進的距離也只能算作是1千米,所有的“彎彎繞繞”都不被計算在內。

光到地球只要8分鐘,為何從太陽中心到太陽表面卻要17萬年?

因為已知它行走的距離,所以能根據理論推算出走這段路需要鵝時間。那麼,光子從太陽中心產生後,到達地球表面需要多長時間呢?

答案是“4千億年”。但是,太陽目前還不到46億歲,走這段路居然要4千億年,這個結果顯然是錯誤的。

要根據這個理論計算,還需要考慮到另外兩點。

首先,太陽的密度並不是均勻的。

太陽有一個超高溫的核心,那裡時時刻刻都在進行著核聚變,核心的周圍是輻射區,接著又被對流區覆蓋住了。根據這樣不同的結構,太陽由內到外的密度是越來越低的,事實上,它的密度差可以達到幾百分之一,這個結構會對光子的行進帶來巨大的影響。

光到地球只要8分鐘,為何從太陽中心到太陽表面卻要17萬年?

其次,第二個必須考慮的點是多數的質子是不和光子產生衝突的。

光子在太陽核心產生的時候,雖然帶有無法想象的巨大的能量,但到了光球表面時,能量已經逐漸減少了。由於剛開始具有超高的能量,所以質子不能成為它的障礙,但對於低能量的光子來說,質子是很大的,很容易被它彈飛。

光到地球只要8分鐘,為何從太陽中心到太陽表面卻要17萬年?

也就是說,從能量的觀點來看,光子在中心以超高速出發,越往外走會走得越慢。

接著,依據先進的電腦還有太陽內部的最新數據,把這兩個變數考慮其中,根據此前的“隨機漫步理論”,計算得出的結果就是我們開頭提到的“17萬年”。

光到地球只要8分鐘,為何從太陽中心到太陽表面卻要17萬年?

當然了,隨著科技的發展和研究的深入,在今後更細緻的調查中,科學家可能又會得出更準確的數字,但就當下的觀點和研究來說,太陽光要想到達地球,首先要從太陽中心出發,並且要經過17萬年才能走出自己的家門,最後才能經過8分鐘的宇宙飛行來到人類的地盤造福人類。

光到地球只要8分鐘,為何從太陽中心到太陽表面卻要17萬年?

從另一角度來說,目前我們在地球上沐浴到的陽光,它從太陽中心產生和開始出發時,地球正處於第四紀冰期,而那個時候,人類才剛開始學會穿衣服。

周圍的光子的年齡居然如此古老,想想就覺得不可思議!


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