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从太阳发出的光线(到底能照射到多远的地方)

时间:2022-12-18

经科学家计算,地球接收到的太阳辐射,仅占据太阳向外辐射总能量的22亿分之一,就是这几乎可以忽略不计的占比,造就了地球上的大千世界

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地球上得以产生形形色色的生命,最关键的因素就是地球和太阳之间的距离,正好处于适宜碳基生命存在的“宜居带”,继而奠定了适宜的温度和液态水的形成基础。经科学家计算,地球接收到的太阳辐射,仅占据太阳向外辐射总能量的22亿分之一,就是这几乎可以忽略不计的占比,造就了地球上的大千世界。

而在太阳系外围的一些行星,就没有地球这种“待遇”了,由于距离的增加,接收到的太阳辐射强度逐渐减小,表面温度不断下降,从这些行星表面如果能够观察太阳的话,太阳越来越小、光线越来越不刺眼。那么,既然太阳光的辐射强度,会随着距离的增加而减小,那么,太阳光到底能照射到多远的地方呢?

太阳光是如何产生的?

关于太阳是怎么来的问题,相信大家都非常清楚了,简单地说就是在上一任大质量恒星在发生超新星爆发之后,所释放出来的众多星际物质,在漫长的岁月里,依靠引力扰动等内外作用,使星际物质慢慢聚集并围绕核心开始旋转,当吸聚的物质规模达到一定程度以后,内核的高温高压环境,推动量子隧穿效应几率的增加,从而激发了氢核聚变的链式反应序幕,4个氢原子聚合成1个氦原子,并释放出伽马射线、中微子和一定能量。

其中,不得不说上述历程中释放出的伽马射线,它的载体是光子,光子由于静止质量为0,所以一经产生,其运动速度就到了光速。可是,由于这些核聚变反应是在太阳的内核区完成的,那里的温度和压力高得离谱,物质密度极高,主要是由一些自由原子和电子构成的等离子态环境。光子形成以后,由于携带的能量很高,便会在极短极短的时间内被周围的物质所阻挡、碰撞或者吸收。

被吸收的能量此时会转移到等离子体物质中,然后重新激发出新的光子,每经过一轮的这种吸收、释放的过程,光子所携带的能量都要比原先要减少一些。光子在太阳内部的运动过程,可以用“无头苍蝇”一样,来回乱撞,一般都需要经过几万年十几万年才能“捱到”太阳的表层。

不同经历的光子,最后所携带的能量都会有所不同,因此,从太阳表层所发出的光线,既包含着能量很高的伽马射线(非常幸运的光子,被吸收的次数很少),也包含着能量很低的无线电波(能量几乎全部在太阳内部消耗完了),共同形成了由不同波段(频率)所组成的复合太阳光线。

宇宙中第一缕“阳光”

太阳50亿岁的年龄,与宇宙的年龄相比,还显得非常“年轻”。在19世纪20年代,美国科学家哈勃通过太空望远镜,观测到一个很有意思的现象,那就是来自遥远星系所发出的光谱,有明显的向红端移动的情况,依据开普勒定律,表明被观测目标与观测者之间的距离正在被拉大。在此基础上,啥勃提出了一个定律(哈勃定律),即目标星系退行地球的速度,和它与地球之间的距离成正比关系,这个线性正比常数后来被命名为哈勃常数。

2013年,欧洲航天局利用普朗克卫星,通过精密测量得出的哈勃常数值为67.8(km/s)/百万秒差距,代表着距离地球326万光年的星体,其相对于地球的退行速度为每秒67.8公里。

哈勃提出的宇宙膨胀猜想,后来科学家们通过大量的观测和研究结论,均加以了证实。而且,科学家们还利用宇宙膨胀事实进行反推,同时结合宇宙微波背景辐射的相关观测情况,提出现有宇宙是在138亿年前,通过一个体积无限小、质量无限大的“奇点”爆炸而来。

在爆炸之后的一个普朗克时间内,就以极其巨大的能量推动了宇宙空间的膨胀,20分钟后几乎达到现有宇宙的空间级别,在大爆炸38万年之后,随着空间温度的下降,宇宙中第一批自由原子才开始形成,逐渐形在了宇宙星云团,光线才从此前的一片“等离子粥”混沌状态逃离出去,“光子退耦”的产生,使得宇宙中第一缕光线正式向外释放出去。

太阳光能传多远?

光线作为一种电磁波,在真空中的传播速度即是光速,而且会一直以这个速度向远方传递。只有受到星际物质的阻挡,比如星际气体、尘埃、星体等,都会吸收一部分光线的能量,有些光线因此而发生了衰减,有些光线则会完全消失,其中的能量转化为吸收物体的内能。但是,宇宙中物质的密度太低了,在绝大多数区域每立方米的空间,仅包含着不到10个氢原子,在这样的宇宙环境中,光线在传播时,虽然能量会有所衰减,但是仍然会支撑着传递到很远的地方。

目前,科学家们用电磁波的方式所能观测到的遥远星系,普遍都是在130亿光年以内,如果距离再远,那就只能射电望远镜了,再增加距离的话,光线的衰减已经完全融入到宇宙微波背景辐射里了,再用电磁波探测的方式已经无能为力,只能寄希望于引力波进行探测了。因为在奇点大爆炸理论中,在奇点发生大爆炸的一个普朗克时间内,引力就已经率先分离出去了,通过应用引力波探测的方法,可以窥探出更加遥远的空间,也就代表着更加接近宇宙诞生时的“声音”。

从我们目前所能探测到的恒星光线最远距离,我们差不多可以推测太阳光能够传播到136亿光年外(目前太阳寿命46亿年,理论上太阳光线现在只传播到46亿光年处)。而通过哈勃常数进行推算,在距离太阳144亿光年处,宇宙膨胀的速度就会与光线的传播速度相同。所以,现在距离太阳超过144亿光年的区域,永远也接收不到来自太阳的光线了。

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