太阳距地球是一个天文单位的距离,也就是1.5亿km,在天文学中,把日地距离1.5亿km称为一个天文单位,简称1AU。

为什么太阳自身温度那么高(为什么说太阳表面6000度)(1)

那么太阳距离地球如此遥远,我们是怎么知道他的表面温度是接近6000℃的?这又是怎么做到的?这篇文章我们就来谈谈,遥远天体的温度是如何测量的。

我们知道任何物体,只要它的温度是高于绝对0度,它就会向外辐射电磁波,而温度越高,辐射出电磁波的能力也就越高。

为什么太阳自身温度那么高(为什么说太阳表面6000度)(2)

也就是说,物体向外辐射电磁波的能力和它自身的温度是有一定的关系,那么我们就可以通过测量物体辐射出的电磁波,就可推测出它自身的温度。

但前提是,我们必须要知道电磁辐射和温度到底遵循着怎样的关系定律。

为什么太阳自身温度那么高(为什么说太阳表面6000度)(3)

在20世纪初,为了解释电磁辐射与温度的关系,德国物理学家普朗克,提出了普朗克公式,即黑体辐射定律。

黑体呢?它指的是没有任何反射和透射,只吸收和辐射电磁波的理想物体,它是科学家为了了解电磁辐射与温度的关系而假想出的一个假象体。

为什么太阳自身温度那么高(为什么说太阳表面6000度)(4)

所以宇宙间不存在真正的黑体,只有近似的黑体,像恒星就可看做近似的黑体,那么由于黑体积没有反射和透射的电磁辐射,所以它辐射出的电磁波只和自身的温度有关。

那么通过黑体辐射定律,我们就可以根据电磁辐射来确定它的表面温度,通过黑体辐射定律,我们可以得出一个和温度有关的电磁辐射波长分布曲线,即黑体辐射光谱曲线。

为什么太阳自身温度那么高(为什么说太阳表面6000度)(5)

从这个黑体辐射谱我们也可以看出,随着温度的升高,最高峰值的电磁波长是往短波的方向移动,也就是说,随着温度的升高,黑体的表面颜色会逐渐从红转变为蓝,这个我们在平常生活中就能感受到。

比如一个铁块随着温度的逐渐升高,它辐射出的电磁波就会由长波逐渐转变为短波,所以它的表面颜色就会从一开始的暗红到明亮的红色,再到亮眼的金黄色,最后到更为明亮的蓝白色。

为什么太阳自身温度那么高(为什么说太阳表面6000度)(6)

这个就是我们在平常生活中根据电磁辐射来判断温度,那么在测量距离地球遥远的恒星时也是如此,通过对恒星辐射出的电磁波进行色散处理。

就是把各个波长的电磁波区分开来,得到不同波段的电磁辐射强度,绘制出恒星辐射出电磁波的光谱曲线,然后把该曲线与黑体辐射定律给出的理论曲线进行拟合,这样就能确定恒星表面的温度。

为什么太阳自身温度那么高(为什么说太阳表面6000度)(7)

比如经过分析,太阳的光谱曲线特征在5770与黑体辐射拟合度非常高,那么就可确定太阳表面的温度为5770k,即5500℃的温度,而这个温度所辐射出最高峰值的电磁波波长视为黄波段可见光。

所以太阳表现出的颜色也就为黄色,这个也是我们看到核心具有不同颜色的原因,像比太阳表面温度高的恒星,它的颜色就为蓝色,比太阳表面温度低的恒星,它的颜色就为红色。

为什么太阳自身温度那么高(为什么说太阳表面6000度)(8)

而根据恒星的光谱曲线,我们不仅可以了解遥远恒星的表面温度,还可以知道它的元素组成以及距离地球的距离。

神奇吧,在光谱曲线中,我们可以看到这些不同颜色的亮色条纹并不是连续的,他们都存在暗色的条纹。

为什么太阳自身温度那么高(为什么说太阳表面6000度)(9)

这些暗色的条纹是1814年夫郎和费首次发现,所以也称这些案件为夫朗和费线。

而这些暗线之所以会存在,是因为恒星中所含的元素把这些光子给吸收掉了,而每种元素只能吸收固定频率的光子,所以这就留下了不同位置的暗色条纹,把这些暗色条纹的就称为元素的吸收线。

为什么太阳自身温度那么高(为什么说太阳表面6000度)(10)

所以通过这些吸收线,我们就可以推测出是哪些元素把这些光子给吸收了,进而就知道了遥远恒星的元素组成。

为什么太阳自身温度那么高(为什么说太阳表面6000度)(11)

这个就是我们人类的智慧,仅凭遥远恒星所发出的光,就可以让我们在地球了解到如此多的秘密。

,