地球距離太陽大約1.5億公里,光速為每秒30萬公里,用距離除以時間,很容易算出太陽光到達地球大約需要8分鐘。
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事實遠非如此簡單。因為太陽光并不是在太陽表面產生的,而是在太陽最核心區域產生的。而太陽本身就相當于濃密的“等離子湯”,核心產生的光線需要穿越重重障礙,才能到達表面,整個過程需要大約10萬年之久!到達表面之后,才能一路順暢地在8分鐘之后來到地球。
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下面來具體講述一下太陽光到底是如何產生的。
簡單來講,三個字:核聚變。
人們長期以來認為太陽就是一個超級大火球,不過如果太陽真的只是火球在燃燒,理論上頂多只能燃燒幾千年就熄滅了。
隨著現代物理學的不斷發展,科學家們認識到太陽燃燒的原理,核聚變,氫元素不斷聚變成氦,每秒損失大約400萬噸的質量,轉化為巨大的能量。
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太陽核心溫度高達1500萬度,壓強達到2500億個大氣壓。但這樣的高溫高壓其實是不足以引發核聚變的。但為什么最終發生了核聚變呢?
需要用量子力學中的量子隧穿效應來解釋。
量子隧穿效應,通俗來講就是,在極短的時間里,微觀粒子的能量可以無限高,從而突破“能量勢壘”的束縛。當然,發生量子隧穿的概率是很低的,也是隨機行為。
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用宏觀世界來打比方就是,用盡全力你也只能跳過2米高的墻,那么“2米”就是你的“能量勢壘”,理論上無論如何你都不可能越過一堵10米高的墻。但如果在量子世界里,你有一定幾率獲得“超級能量”,直接“穿墻而過”,這種行為在量子世界是被允許的。
雖然量子隧穿效應發生的概率很低,大約每10的28次方次碰撞才能有一次碰撞的粒子通過量子隧穿完成融合,發生核聚變。雖然概率很低,但架不住太陽核心溫度和密度都很高,有幾乎無窮多個粒子,因此最終發生核聚變的粒子總數量也是非常龐大的。
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而即便有量子隧穿效應,也不是說沒有溫度要求,實際上只有溫度達到400萬度以上,量子隧穿效應才能帶來有效的核聚變,如果溫度過低,理論上也可能通過量子隧穿發生核聚變,但概率極低,相當于無效的核聚變。
太陽核心通過核聚變產生的高能光子,需要面對恒星外層大量的電離粒子的阻攔產生各種膨脹,在逃離到太陽表面的過程中,會經歷無數次的隨機散射,每個光子的逃離路徑都是不同的,就像隨機漫步一樣。
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同時,碰撞過程會產生大量攜帶不同能量的光子,比如說紫外線,可見光還有能量更低的紅外線等,并不是最初在核心產生的高能伽馬射線。
還有,核聚變過程還會產生中微子,而中微子在逃離到表面過程中,幾乎不會受到任何干擾。但是高能光子需要長達十萬年的漫長過程,才能到達太陽表面。
而從太陽最外層發出的光線,其實來自兩個地方,分別是光球層和日冕,這兩個位置發出的光,實際上就是黑體輻射,與任何物體被加熱到一定溫度發出的光是一樣的。

不過,太陽和黑體輻射并不僅來自太陽表面這一個黑體,而是一系列的黑體。可能來自太陽稍內部的地方,那里溫度較高,也可能來自稍外部,那里溫度較低。
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這也是為什么當我們仔細研究太陽光譜時會發現,太陽光譜偏離了完美的黑體輻射。
總結
平時我們很享受太陽光的沐浴,殊不知給我們溫暖的太陽光,經歷了多少“磨難”,才從最核心的區域來到太陽表面,甚至用“九九八十一難”都遠不能形容太陽光行進的艱難路程。
太陽半徑大約70萬千米,誰能想到,這70萬千米的路程,太陽光需要花費大約10萬年的時間才能走完,平均每年只能行走7千米,每天行走不到20米,這樣的速度比蝸牛慢多了。
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不過,這里必須強調一點,萬事都不是絕對的。雖然太陽核聚變只會發生在太陽核心,高能光子也在核心產生,不過來自太陽核心的能量也會加熱太陽外部不同的層面,甚至包括最外層。
因此,最外層的原子在溫度不斷上升的背景下,也有機會發射光子,發射出的光子也是太陽光中不同頻率不同顏色光子的來源。不過光子本身就是能量,而能量的最根本來源就是太陽核心通過核聚變產生的高能光子,這些光子并不會瞬間來到太陽表面,而會花費數萬年的時間才能到達!
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