1.我们如何知道太阳中进行仍然在进行核聚变

核聚变的过程非常缓慢,当光子到达对流区时,太阳最终会释放出一吨又一吨的能量。由于光子零星而缓慢地分散,这些能量可能需要100万年左右才能到达地球。

太阳内部是什么状态(太阳的内部究竟是什么)(1)

图解:太阳是主序星,通过原子核的核聚变产生能量,把氢原子聚变成氦原子。在它的核心,太阳发生以每秒钟6.2亿吨氢的核聚变。

如果太阳的能量需要100万年才能到达地球,那么太阳停止运转一小时甚至是一天又有什么关系呢?根据这个理论,无论太阳现在产生的能量是多少,都要经过100万年才能被观测到。

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图解:质子-质子链反应是太阳和比太阳轻的恒星产生能量的主要方式。

我们知道太阳现在还在进行核聚变因为它还没有爆炸,对吧?

除了太阳爆炸,还有其他原因吗?为什么我们知道太阳现在还在进行核聚变,而不是在一百万年前就停止了?仅仅因为我们现在能“看到”它(太阳,光)并不一定证明太阳仍然在进行核聚变,如果我们“看到”的确实是一百万年前的,对吧?如果核聚变在一百万年前停止,可以确认的是太阳会爆炸。这样将证明太阳仍然在进行核聚变就在这一分钟而不是一百万年前,对吧?

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图解:碳氮氧循环是比太阳重的恒星主要产能方式。

的确,太阳中心核聚变反应产生的光需要很长时间才能逃逸并到达地球。一百万年是我所见过的最高估值,但它确实需要几千年。花这么长时间的原因很简单,就是太阳中心的大气密度非常大,而且不透明(如果你在那里,你就看不到你脸前面的鼻子(距离的事物)了!)因此,太阳内部的光在被周围的等离子体以随机的方向吸收、重新发射或散射之前,只能传播一小段距离。

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图解:太阳内部辐射带与对流带的对比图

这意味着光在幸运地到达足够远的逃离太阳的地方,并在太空中穿梭8分钟到达地球之前,会随机地反射数千年。(事实上,我们从太阳中看到的光不是核心产生的光;核心核聚变产生的光主要是x射线和伽玛射线,但在核聚变过程中,它会被更冷的物质多次吸收和重新发射,以至于太阳表面实际发射的大部分都是普通的旧可见光。

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尽管如此,虽然光的产生和到达地球之间有很长一段时间的延迟,我们可以放心,核聚变今天仍然在太阳的核心进行。我们对此的主要证据可能来自中子--这是太阳中心核反应中产生的基本粒子,在地球上已经用探测器观测到。与光不同的是,中微子可以不受影响地穿过太阳(事实上,它们几乎可以不受影响地穿过任何东西)。

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正因为如此,它们在产生后大约8分钟到达地球,而延迟仅仅是由于太阳和地球之间的旅行时间。因此,从太阳方向观测到的中微子表明,直到今天,太阳还在经历核聚变反应。如果太阳核心的核聚变反应由于某种原因突然“关闭”,那么我们有很多方法可以了解它!

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到目前为止,我们停止接收来自太阳的中子的事实是最不剧烈的。太阳之所以能够稳定地位于太空,而不因自身的重量而坍缩,唯一的原因是,核心的核反应不断地提供支撑它所需要的热量和压力。如果没有核反应,太阳就会开始坍缩。

然而,实际上要过很长时间我们才会注意到太阳在收缩;坍缩不会以“自由落体”的方式进行,因为太阳中仍然会有大量的潜热,这些潜热的压力会使它保持一段时间,直到它冷却下来。所以坍缩会缓慢进行。然而,即使在一个小时或一天之内,我猜测仍然会有一些明显的影响。

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我们很可能会在太阳表面看到一些奇怪的脉动,这是由于太阳核心将发生的所有动荡推到它上面的层(简略地说,当太阳内部结构晃动时,它将经历“地震”)。所以当太阳核聚变关掉未必会在一个小时的时间量程内导致任何爆炸或主要崩溃,我认为你假设“有很多方面我们看到它,而无需等待光线从核心向外扩散数千甚至数百万年”是对的。

2.太阳的每一层有多热?

太阳中心:大约1500万度。

辐射区:温度从700万降至200万度。

对流区:该区域由200万度降至5800度。

光球层:大约5800度,尽管太阳黑子大约3800度——这就是为什么它们是暗的。

色球层:从内边缘到外边缘4300到8300度。

日冕:大约200万度。

参考资料

1.维基百科全书

2.天文学名词

3. 凡晨星仪

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