太阳发出的光多久到达地球，8分钟？非也，需要10万年！

宇宙时空探索 5天前阅读数 3027 #科技

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你是否想过，照射到我们身上的阳光，究竟是如何产生、又是历经怎样的旅程，才抵达地球的呢？

事实上，太阳光线的传播有着不为人知的复杂过程，有人说太阳发出的光只需约 8 分钟就能到达地球，也有人认为太阳此刻发出的光得十万年后才能抵达，这两种看似矛盾的说法，其实都有其合理之处。

在 20 世纪早期，开尔文勋爵曾提出，太阳能量的唯一来源可能是引力势能的释放。

他设想，太阳会在引力的持续作用下逐渐缩小，在这一过程中，大量引力势能转化为热能，并通过太阳表面释放出来。这一想法极具创造性，然而，通过计算发现，引力势能的释放仅能维持太阳约 1 亿年的能量供应。

但地球上地质变迁和生物演化所经历的漫长时间，远远超过了 1 亿年，这表明该理论无法充分解释太阳长期稳定输出能量的现象。不过，像白矮星（如天狼星 B）这类恒星，其能量来源正是凯尔文 - 亥姆霍兹机制，只是这类恒星的亮度仅为太阳的百万分之一。

太阳的能量，实际上源于核聚变过程。在太阳核心，轻核聚变成重核，同时依据质能公式 E = mc² 释放出大量能量和高能光子。

不过，核聚变仅在太阳核心区域发生，太阳外层存在大量电离原子，包括质子、原子核和自由电子，这些粒子会阻挡高能光子向太阳表面传播。光子从太阳核心向表面逃逸的过程中，会经历无数次随机散射，其路径毫无规律可言，这种现象被称为随机漫步。

在这一过程中，光子之间的碰撞不仅减慢了传播速度，还使光子携带的能量降低，进而产生了紫外线、可见光和红外线等不同能量的光子，而不再是最初在核心产生的伽马射线。

核聚变的过程，是一系列轻原子核逐步融合的过程。首先，两个质子融合形成一个氘核，接着，氘核继续参与聚变反应，生成氦 - 3 或氚；氦 - 3 或氚再与一个氘核聚变，产生氦 - 4，并释放出副产品质子或中子，同时伴随中微子和高能光子的产生。

值得一提的是，中微子能够畅通无阻地从太阳核心传播到表面并释放出去，而高能光子则需经历大量碰撞，这个过程极其漫长，需要数万到数十万年的时间，高能光子才能离开太阳表面。

在太阳内部，驱动核聚变反应的，不仅仅是高温和高压，量子物理学同样发挥着关键作用。即便太阳核心温度超过 1500 万 K，这样的能量仍然不足以直接驱动聚变反应。

实际上，在这种温度下，粒子之间相互碰撞并发生聚变的概率极低，大约每 10²⁸次碰撞中才会有 1 次粒子通过量子隧穿效应，进入融合的重原子核状态。然而，由于太阳内部极高的密度和温度，每秒仍有 4×10³⁸个质子聚变成氦。

并且，超过 99% 的核聚变反应都发生在太阳核心，因为只有在太阳核心区域，才具备维持核聚变反应所需的高温、高压以及量子隧穿条件。

除了核心区域的核聚变，太阳外层也展现出一系列独特的现象。日冕周围存在着高温等离子体，其温度可高达数百万度，而太阳光球层的温度仅约 6000 度。此外，太阳耀斑、内部上升流、大规模喷射等现象，会导致太阳局部温度异常升高。尽管这些现象不会引发新的核反应，但会显著改变太阳实际的能量排放状况。

太阳光谱并非理想状态，在实际的太阳光谱中，紫外线和 X 射线波段蕴含着更高能量，且不包含伽马射线。通过不同波长的光对太阳进行观测，我们可以发现，在可见光波段，除太阳黑子温度较低外，太阳表面温度分布相对均匀，紫外线波段的情况也大致相同。但当进入更短波长（即更高能量）的光谱区域时，这些高能量区域仅出现在太阳耀斑和日冕附近。

太阳的光球层和日冕层所发出的光，本质上属于黑体辐射，类似于宇宙中任何被加热到特定温度的物体所发出的光。

但实际上，太阳的辐射并非来自单一黑体，而是多个不同温度的黑体辐射的叠加。部分辐射来自太阳稍内部的高温区域，部分则来自稍外部的低温区域，这就是太阳发射光谱在所有能量范围内都偏离完美黑体辐射的原因。

综上所述，太阳内部的核聚变反应仅发生在核心区域，在这一过程中产生的光子，需要经过无数次碰撞才能到达太阳表面。