我们看到的太阳光究竟是8分钟前的还是几万年前的?

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相信很多人都听说过这种说法:我们看到的太阳是8分钟之前的太阳(实际是8分20秒,一般说8分钟),这个很好理解,毕竟地球距离太阳1.5亿公里,光飞行1.5亿公里的时间大约就是8分钟,所以我们看到的是8分钟之前的太阳并没有毛病!不过如果你深入地了解了太阳的发光原理和整个进程

相信很多人都听说过这种说法:我们看到的太阳是8分钟之前的太阳(实际是8分20秒,一般说8分钟),这个很好理解,毕竟地球距离太阳1.5亿公里,光飞行1.5亿公里的时间大约就是8分钟,所以我们看到的是8分钟之前的太阳并没有毛病!

不过如果你深入地了解了太阳的发光原理和整个进程,就会明白我们看到的太阳光虽然是从太阳表面发射出来的,但严格来说太阳表面并不能产生任何光线,光线产生的根源在太阳的核心,也就是太阳核心的核聚变!

太阳半径大约70万千米,这个距离光速飞行只需要2秒多一点的时间!那么太阳核心产生的光真的只需要2秒就能飞行到太阳表面吗?

事实上远非如此!核聚变产生的光线需要历经千辛万苦才能到达太阳表面!因为太阳内部充满了氢和氦,产生的光线会不断地被电子吸收然后再释放,太阳内部巨大的压力让电子的密度也非常高,不断地重复吸收释放这个过程,所以光线吸收释放的过程也非常漫长,从太阳核心到达表面需要大约十万年时间!

所以我们看到的太阳是十万年前的太阳?这种说法也并不严谨,有点“偷换概念”的味道,毕竟不管太阳内部经历了什么,我们只会注意到从太阳表面发出的光需要多长时间到达地球!

所以,我们看到的太阳是多长时间以前的太阳并不重要,重要的是我们需要了解太阳内部产生光线的机制,明白光线是如何到达太阳表面的,明白了这些,问题也就变得非常简单了,就看你从哪个角度去理解了!

以光速从地球出发,飞行8分20秒左右,便到达了1.5亿公里之外的太阳表面附近

所以现在我们看到的,是8分钟之前的太阳,更准确的说,是8分钟之前的太阳表面。

但在科学家看来,照射到我们身上的每一个光子,虽然都是在太阳表面同一个起跑线上出发过来的,但它们的年龄却大不相同,更准确地说从太阳表面飞来的光子们,其实都已经几万岁甚至几十万岁了,早已不再年轻。

言下之意就是

虽然光子仅需8分20秒左右就能到达地球,但太阳光子其实都诞生于几十万年前,而非8分20秒之前,地球接收的太阳光,从来都“老光”,而不是“新光”

造成这种“反直觉”现象的原因,源于太阳光子的形成机理。

太阳的光和热来源于核聚变,而根据科学家探测,太阳的核聚变主要发生在内核。这个内核的直径约为太阳整体的四分之一,也就是直径大约30万公里的球体。在这个球体中,温度达到了恐怖的1500℃,压强也有3000亿个地球大气压。

在如此极端环境下,氢元素核聚变每秒会让太阳亏损400多万吨质量,海量的光子与热量,也随着质量亏损而得以产生。

由于太阳半径只有70万千米,所以诞生在核心区域的光子,理论上只需要两秒钟,就能离开太阳。

然而事情并没有这么简单

因为太阳主要由氢和氦等元素构成,物质都处于等离子状态,这导致光子要想到达太阳表面,就必须穿越重重障碍。

70万千米的直线路程,对于光子来说,是和质子电子无数次的碰撞,无数次的吸收再发射,无数次的前进三步后退三千步。无数次被扯住或者被偏转方向。光子这样蛇皮走位,一天还前进不了10米,而太阳的半径有70万公里

更重要的是,在整个随机运动过程中,无数光子被瞬间吸收,而后再受激回落,向外发射出新的光子,新光子又将不断重复上一过程,直到不知第几代光子 ,经历千难万阻,终于到达太阳表面为止。

简单来说,太阳核反应区诞生的光子,并不能直接到达太阳表面,而是需要经历无数次死亡和重生。正如你现在看到的那个他,早已不是原来那个他,到达太阳表面的光,也早已不是最初的那个光。

在太阳内部至少拥有,10的26次方个质子的情况下,如果光子和每个质子都发生反应,那么光子需要4000亿年,才能从核心到达表面,进而给宇宙带去光和热。

但好在质子分布并不均匀,所以核心光子只会与一小部分质子发生反应,这一过程持续数万到数十万年后,它们就能到达太阳表面。

一旦进入到每立方厘米,只有几个原子的太空中,核心光子们就会恢复“宇宙速度冠军”的本性,仅需500秒,就能跑完地日之间1.5亿公里的路程。

而诞生于太阳外层,也就是光球层和日冕层的太阳光子,则会因为没有质子和其他物质阻碍,而一路畅通无阻,直达地球,运气要比核心光子们好得多。

总体来说,目前科学界对太阳,尤其是太阳内部情况的了解,还非常有限,包括帕克号在内的太阳探测器,也只是收集太阳附近的数据而已,绝无可能深入到太阳内部。

想要真正了解,太阳核心正在发生着什么,只能通过收集太阳中微子来完成,几乎不与任何物质发生反应的中微子们,将会是第一批,携带太阳核心区域信息,并把它们送到地球的粒子。

看到的太阳光肯定是8分钟前的,如果是几万年前的光,也不会天天那么巧,早晨太阳从地球的东方升起,而黄昏太阳又从西边落下,所以远处来的光不会那么准,只有近距离照射的光才是准的。

太阳离地球又不远,而且人的肉眼还能看到,还需要几万年前的光到这里吗?其实太阳对地球而言是不动的,只是地球绕着太阳公转的时候还自转,公转和自转的同时,太阳光就直接照过来了,人类感觉是太阳从地球的东方升起,其实是地球自转的原因导致的,因为地球自转是从西往东逆时针转的,而太阳的光也正从地球的东方照起,地球慢慢转,而太阳光也慢慢向西移动,主要是因为人类太小,感觉不到地球在动,以为是太阳绕着地球在动呢。

太阳的光照到地球是8分钟,而后面的光就是连着的了,就像手电筒开始照到物的时候需要一个时间,而后面光就是连续照射的了。

可以这样理解:照射到我们身上的每一个光子,都是在太阳表面同一个起跑线上出发过来的,经过约500秒时间传输,行程约1.5亿公里。

但这些光子有老有少,年龄不一,或者说它们最早母体生成年代都很古老。

这些光都是太阳中心核聚变释放出来的。太阳中心有1500万度高温和3000亿个大气压强,在这样的极端环境下,氢的核外电子被驱离,氢核发生融合,每时每刻都有4个氢核融合成一个氦核,并释放出巨大能量,这个能量的表现形式就是电磁辐射,而电磁辐射的载体或者说传播媒介就是光子。

太阳的氢核聚变是一个复杂的过程,第一步是氢元素的同位素氕核聚变为氘核,并释放出一个中微子和正电子,正电子很快遇到周围的电子而湮灭,释放出两个光子。

这样,我们太阳最古老的两个光子就诞生了。然后,氘核与一个质子结合形成氦-3,随着一系列的核聚变反应,最终才融合为氦-4,在这个过程中会不断的释放出光子。

光子有个特性,在运行过程中,遇到有质量的粒子,比如质子、电子就会发生能量交互作用。

这有点像一个絮叨的老太太,走一步遇到一个熟人,就要扯上一番,交流各自所见所闻。虽然光子这个“扯”时间极短,但它不但是扯还要碰撞,这样一碰,就可能转变了方向,有时向前,有时向后,有时向左,有时向右,这样摇摇摆摆的进两步,退一步,有时候还会进一步,退两步,在一个地方转圈圈。

有人会问了,光子不是每秒30万公里吗,怎么会这样摇摇摆摆的比蚂蚁还慢?是的,原则上你理解的没错,光子一出生,在真空中运行速度就是每秒30万公里,但请记住,是在“真空”中,而太阳内部不是真空。

这样光子虽然以每秒30万公里速度前行,但每前行一步,都会遇到一个“朋友”,被扯住或者被偏转方向,这样弯弯曲曲一天还前进不了10米,而太阳的半径有69.6万公里,我们算算,走完这段路需要多久?

事实上,每个光子每天能够向太阳表面运行多少米,要看这个光子的运气,有的并不一定能够走十米,甚至一米也走不了。

光子每遇到一个质子就会发生能量互换或者反弹、转变方向。根据太阳密度计算,如果质子分布是均匀的,那么每个质子的平均距离为1埃(100亿分之一米),这样光子每行进1埃就要被碰撞一次,每个光子从太阳核心走到表面需要4000亿年。

但这显然是错误的。因为太阳年龄才50亿年左右,太阳光已经照射地球几十亿年了。这是因为太阳密度并不是均匀的,有稀有密,而每个光子行进的路途也是随机的,并不是每个质子都会遇到,这样它们运行到太阳表面就远远不需要那么久了。

既然是随机漫步,有的光子走了捷径,遇到的质子少,或者反弹回去的概率小,而前进的概率大,就会较快的到达太阳表面;而有的光子“朋友”多,“猪队友”多,推推搡搡,被推回去的概率大,就老在能量的旋涡里纠缠,就老也到达不了太阳表面。

这样,照射到我们身上的太阳光子,虽然都是在太阳表面同一起跑线跑过来的,但它们的年龄完全不一样,有非常古老的,也有不太古老的,但最小年龄也有几万岁。

就是这样,欢迎讨论。

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很多人回答的都有个误区,认为太阳光是核反应直接产生的,需要从太阳的核反区(内核)然后千心万苦到达表面,才能够被发射到宇宙空间 然后被我们接受。他们认为,光线从太阳内部到达核心的过程,光线会经历多次的电子吸收在发射过程,最终使得只有2光秒的距离,光线却要花费上万年。

其实,上面的解释完全是错误的,或者说太阳光并不是这么来的!

首先明确一点,我们看到的太阳光确实是8分钟前的。因为太阳距离地球的平均距离是1.5亿千米,光线走这么远也需要8分20秒。所以,我们从太阳表面接受到的光线,都是8面前太阳表面产生的。故而,假如太阳突然停止核聚变,不在释放热量和阳光,那么我们要等8分钟才知道。但像题目那样,说光线是几万年前太阳的,就不对了!

为何大家的解释不对去?首先,太阳的一切能量确实来自于核反应。核反应会释放出巨大能量,但这个巨大能量并不是指的光能,而是热能。热能和分子的运动有关,分子运动越厉害,那么物体就会越热。而太阳内部的核反应,就是通过热量的传递使得我整个太阳变得燥热。而热量可以通过辐射跃迁耗散掉,所太阳发出去的光,其实都是太阳表面热量的辐射跃迁而已,并非是从内部出来的。


众所周知太阳距离我们1.5亿千米,而光速是每秒三十万公里,这样算下来太阳光需要8分20秒才能到达地球,所以我们看到太阳永远都是8分20秒之前的太阳,然而事实却并没有怎么简单。

我们看到太阳光是从太阳表面飞到我们眼睛里的,但太阳表面的光却生成于太阳核心区域,氢元素在太阳核心1500万度的高温和3000亿地球大气压不断发生核聚变反应,产生的光子理论上只需要两秒多一点就能飞到太阳表面。

但太阳核心产生的光子在传播途中会不断受到电子的阻碍和其他物质的吸收散射,如此一来每秒三十万公里的光子就像一个喝醉的人一样在行进的路上跌跌撞撞,本来只需要两秒多就能走完从太阳核心到表面这70万公里的路程,但因为有物质阻挡在光子的前进线路上,所以太阳核心的光子平均需要两万年才能到达太阳表面,然后再用8分20秒飞到地球。

真正能冲破重重阻碍从核心区到达表面的光子只是极少数,大部分光子在途中就被吸收或者完全消耗了。阻碍光子从核心到达表面的最大因素就是那些带电粒子,它们会与飞行途中的光子频繁相互作用,最终让光子原本两秒多一点的飞行时间变成平均时长两万年的漫长旅途。

我们只能看到太阳的表面,而表面的光飞行8分20秒后才能被我们看到,因此说我们看到的是8分20秒前的太阳并不错误,但我们同时也要知道飞到我们眼里的这些太阳光子平均年龄两万岁。

两种说法都不算错,主要看光具体从哪出发了?如果光从太阳表面出发,到达地球大约8分20秒,而如果光从太阳核心出发达,到地球至少需要10万年。表面的光到达地球的时间很好理解,日地距离1.5亿公里除以光速就行了,主要是其核心的光要跑出来为什么要这么久?

太阳核心在发生什么?

天空中不断发光发热的太阳,它那看似无穷尽的能量到底是从哪来的?最早搞清楚这个问题的人是美籍德裔物理学家汉斯·贝特(Hans Bethe)。

1939年,贝特推测出太阳能源可能来于内部氢核聚变成氦核的热核反应,并提出是由4个质子(即氢原子核)聚合到一起变成一个氦原子核,这就是质子–质子链(pp链)模型。但实际上要完成这个聚合反应是相当困难的,一次可能都需要百万年的时间才能完成,不过太阳的核心每秒可以发生约9×10^37次这样的反应,所以才能让太阳持续地进行着氢聚变。

核心处之所以能如此顺利地发生PP链反应,是因为这里温度达到了1500万摄氏度,巨大的压强把核心处的物质密度压缩到了150,000 kg/m^3,差不多是铅的13倍。

太阳辐射层里的弹球机

光要从核心区出发到达辐射层,即到达太阳直径70%的位置,需要从核心区紧密的粒子之间一点一点的撞出来,到达辐射层顶部后温度大概会降到150万摄氏度,密度也会随着向外温度的下降而降低,但即便如此,在这段路程中,平均来说,一个光子向外传播不到一厘米就会撞上别的物质并被弹开。

如果你能锁定一个光子,观察它向外传播的路劲。你会发现它像一个弹球一样在里面窜来窜去,兜兜转转10万到100万年才能从这个如弹球机一样的区域中走出来。

太阳对流层电梯

辐射层再往外就是对流层。光到达对流层后,会被这里的气体吸收,气体被加热后就会上升到达光球层后,又释放出光子,冷却下沉回去。光子就像坐电梯一样在这样的对流循环中,从辐射层跑到了光球层。坐这个电梯要花费的时间大致是三个月,比起辐射层里的至少10万年来说,这可快多了。

然后,光就可以从光球层出发,点亮整个太阳系了。其中一些有幸来到充满生机的地球,成为生命之源,成为我们眼中的色彩,成为我们眼中8分种之前的太阳。

总结

当你沐浴阳光的时候,你是否能体会到它曾经经历过的艰辛。至少10万年的历程,让每一个光子都充满了自己的故事。

不过从8分钟到10万年,对于光来说,并无意义。

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这个问题有趣,太阳离我们太远,淡水,人类的必需,究竟我们现在的人类喝的是四十六亿年前地球形成时的水,还是冰山滆化的雪水,冷暖气流争斗中的汗水,还是台风带来的〈海水),但台风雨也是淡的,,这是个值得砖家学者们探讨的问题,值得研究,因为这个课题会变成无穷。。

我们看到的太阳光究竟是8分钟前的还是几万年前的?

这是个比较有意思的问题,之前很多朋友对此做过详细的解答,下面我也结合自己的理解,对这个问题简要分析一下,主要是基于对问题看法的角度有不同的地方。

太阳之所以能够向外源源不断地释放光和热,归功于其内部,严格上来说是内核区域的核聚变反应。在太阳内核区域,温度可以达到4500万摄氏度,压力达200万个大气压,在这种环境下,所有物质都不能以原子的整体面貌出现,而是被电离成自由原子和自由电子形成的等离子体物质,而且非常致密,有科学家形容就是”一大锅等离子粥”。

按常理来说,在1500万摄氏度的情况下,自由原子中的质子是不能进入到其它原子中的,因为原子和原子之间,存在着非常大的库仑力作用,这个力提供的是一种强大的斥力,这也是宏观物体不能相互穿越的重要原因。但是,太阳内部一方面有非常大的压力,另一方面有着非常多的氢原子物质储备,在量子领域虽然发生这种质子穿越的几率很低,但架不住压力大、数量多的“群众基础”,于是太阳内部发生了几率较小、但绝对数量较多的“质子穿越”,科学上将其称为量子隧穿效应,正因为这种效应发生的几率低,才保证了太阳内部的核聚变以比较”温和”的方式呈现,不像氢弹那样一瞬间“爆炸”完毕。

目前太阳内部的核聚变已经进行了近50亿年,其核聚变类型已经扩展为两种类型,第一种为氢氦聚变,另一种为碳氮氧聚变,两种过程的参与和生成物质不同,但都属于质子—质子链式核聚变,其中氢氧聚变占据的比例很高,是太阳内部主要的核聚变方式,在这种聚变过程中,每个反应单元都包括4个氢原子演变为1个氦4原子的链式反应,同时释放出对应的伽玛光子、中微子和能量。其中的伽玛光子和能量成为维持太阳稳定存在的基础,也是其最终向外释放光和热的源泉。

太阳内核中因核聚变产生的伽玛光子和能量,并非能够像中微子一样,可以直接逃离内部高温高压的环境,其中产生的能量,成为加热环境内等离子体物质的输入部分,一方面维持写内部的温度,另一方面产生向外的辐射压,从而与外层物质向内的引力压形成动态的平衡。

而伽玛光子在生成后,行进几微米的距离,就会与等离子环境中的自由原子和电子发生碰撞,绝大部分被吸收,而等离子体中的微观粒子在能级回落时,又会重新释放出相应的光子,被释放出的光子继续重复着这种被吸收、重新释放的无数个过程,而每通过一个过程,光子所携带的能量就会降低,因此,根据太阳内核中核聚变产生光子被吸收和释放频次的多少,相应形成不同的射线,包含从能量最好的伽马射线,稍弱的X射线,再到紫外线、可见光、红外线和无线电波,这就是为什么从太阳释放出的光线包含以上不同射线的原因。

我们从地球观测到的太阳光,如果追溯其能够被肉眼观测的距离,那就要从太阳表面逃脱时算起,在到达地球后,光线走过这个日地距离所需要的时间为8.3分钟。而如果非要加上从内部刚产生到“游走”到太阳表面所经历的时间,那结果就要漫长许久,有可能长达20多万年。这个结论是通过光子在太阳内部的行进路线推测出来的,那么是否意味着我们在地球上看到的光,来源于20多万年的太阳内部呢?

这里就涉及到对物质的理解角度了。如果从可见光来看,它只是从太阳内核发出“组合”光线的一部分,从其频率也就是能量强度来看,它在光谱中的地位是中等偏下,也就意味着在它们从太阳内核向表面运动过程中,由原来伽玛光子被等离子体吸收和重新释放的频次,要大于伽马射线、X射线和紫外线,而小于红外线和无线电波,所以其经历的时间肯定要小于刚才所说的20多万年,有可能在几万年以内。

更重要的是,我们在地球上看到的可见光,是否还是一开始在太阳内部刚释放的光线呢。我想应该是不同的。一方面从名称上看不同,刚形成时是伽马射线,现在变为了可见光。二是从能量上看,可见光所携带的能量要比伽玛射线减弱了好多数量级。第三,光子在被太阳内部等离子体反复吸收和重新释放过程中,其输入和输出是否还是它本身,我也不能确定,这就像有人提出的那样,假如一个轮船所有的部件都更换一遍,那么它还是原来的船吗?

所以,我倾向的观点,对于在地球上看到的光线,应该是从太阳表面发出时开始计算,也就是8.3分钟,至于从内核到表面经历的时间,不应该算到这部分光线的头上,它是为谢谢光线的形成打基础的,而且也不是现有的状态和特征。这个问题更不能追溯得太久,要不然还可以把时间线拉到参与核聚变物质什么时间开始形成的,核聚变的初始温度是怎么来的,无疑都会将目标最终指向138亿年前的宇宙大爆炸。

(首)要看怎么算。若从光子在太阳表面发出开始计算,为八分钟;若光是从太阳中心发出来的光,且从光子产生开始计算,则是几万年前的。

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