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太陽表面溫度5500攝氏度,鋼鐵都能融化,真能用溫度計測嗎?

2021-11-09  科學探索菌

眾所周知,太陽是個大火球,表面溫度極高,約5500攝氏度,核心處的溫度更是高達1,500萬攝氏度。

之所以能產生如此高的溫度,僅憑化學反應根本不可能實現,這是因為太陽內部正在進行著氫聚變為氦的核聚變反應,正是這種反應提供了源源不斷的能量。

說到這個溫度,很多人可能都不信,因為他認為根本測量不出來,太陽上的溫度太高了,而且距離我們太遙遠了,就算能登上去,也會被融化,所以他認為專家不可能親自上去測,這些溫度都是編的。不過,這還真不是編的,而是根據科學原理測算出來的。

溫度計通常是利用固體、液體、氣體類材料受溫度的影響會在體積、電阻等方面發生變化為依據,來測量溫度的。依據此原理制作的溫度計有玻璃液體溫度計(煤油溫度計、酒精溫度計、水銀溫度計)、氣體溫度計、液體壓力溫度計、電阻溫度計、熱電偶溫度計、雙金屬溫度計等。

就拿我們常用的水銀溫度計來說,它就是利用水銀的熱脹冷縮現象進行測溫。

該溫度計的主體材料是玻璃,玻璃是非晶體,沒有固定的熔點,普通玻璃差不多在五六百攝氏度的時候就會開始軟化,就算是特殊的玻璃,在上千度的高溫下也會變軟液化。

而且這些用來感溫的物質也會發生物態變化,所以它們也有測溫范圍,超過了一定范圍就無能為力了。以水銀溫度計為例,水銀的凝固點是-39℃,沸點是357℃,所以它的測溫范圍是-39°C~357°C。

太陽上的最低溫度就是太陽表面的溫度——5500攝氏度,可就算是地球上已知熔點最高的物質也不能抵抗。已知地球上熔點最高的物質是鉿的化合物:五碳化四鉭鉿(Ta?HfC?),熔點4215℃。而在通常情況下,鋼鐵在1500多攝氏度的時候就能熔化為液體。

既然沒有物質能夠抵抗如此高的溫度,那么不管是啥材料制造的溫度計,也無法到太陽上面去測量溫度,因為連溫度計也會融化。

就算真有無法被熔化的溫度計,要想測量太陽上的溫度也十分不方便,因為太陽距離地球1.5億公里,就算是將人類目前最快的探測器發射到太陽上,也需要一段時間,而且是個大工程。此外,探測器也必須要能夠承受非常高的溫度,不然怎么把測溫數據發回地球。

那該怎么測呢?有大聰明說,可以等晚上太陽下山了再上去,不知道是否可行。

上述溫度計都有同一個特點,就是溫度計需要與被測物體接觸。那測量過程中,必然會發生熱量傳遞,如果溫度太高、熱量太大,就算僅接觸1秒,也會被瞬間融化。

因此,要想測量太陽的溫度,就必須采用那種非接觸式的溫度計。

科學家發現,任何溫度在絕對0度(零下273.15℃)之上的物體,都會無時無刻地向外輻射出不同頻段的電磁波組成的電磁波譜。物體的熱輻射與溫度之間存在對應關系,通過分析物體輻射出的光譜,再根據黑體輻射的基本規律,也就是普朗克定律,就能夠確定物體的溫度。

這種非接觸式的測溫儀器就是通過測量物體發出的電磁波來測量溫度的,這種溫度計通常被叫做輻射溫度計。

這類測溫儀器,其實大家已經很熟悉了,現在大家用來測量體溫的測溫儀,就屬于紅外輻射溫度計。只是在天文上給太陽測溫比這復雜,不是簡單量一下就能得出結果的。并且這種測溫方式也只能測量太陽表面的溫度。

科學家們通過測量太陽在不同波段輻射出的電磁波的強度,繪制出太陽的電磁波譜曲線,然后把該曲線與普朗克黑體輻射定律給出的理論曲線進行擬合,就能確定太陽表面的溫度。

相較于測量太陽表面的溫度,測量太陽核心處的溫度就更加困難了。

因為太陽核心處被厚厚的輻射層、對流層、光球層、色溫層等包裹著,這里面發射的電磁波是不可見的,被遮擋了,根本無法直接測量。這些電磁波或者說光子,從誕生那一刻起,需要經歷上萬年乃至數十萬年的時間,經歷無數次的碰撞吸收以及再輻射,才能從核心區域到達太陽表面,最終以光速輻射到地球上,此時早已經丟失了最初的信息。

沒有可用的電磁輻射,利用輻射法也就根本測不出太陽內部的溫度了。

不過,科學家了解到,核反應越劇烈,核心處的溫度也就越高,劇烈的核反應會釋放出數量眾多的中微子。中微子只是一種非常小的粒子,幾乎可以無阻礙地穿過太陽厚厚的外殼。人類通過在地球上捕捉不同能量中微子的通量,就能據此反推出太陽核心處的溫度。這里測量的是中微子輻射。

科學家們可以根據地震波來探究地球內部結構,同理,通過觀測太陽表面的震動現象,也可以研究太陽內部的結構。在獲取到太陽內部的結構等數據后,科學家們也能據此推算出太陽不同區域的溫度。

正是因為測量困難,所以在20世紀下半葉核物理學以及量子力學發展成熟之后,科學家才大致摸清了太陽內部不同區域的溫度。


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