如果太阳是颗鸡蛋
2023-11-11韩大洋
韩大洋
太阳的直径约为140万千米,体积是地球的130万倍,内部结构非常复杂。人类经过上百年的研究,借助数学、物理等工具,通过理论计算和科学探测,初步探明了它内部构造的模样。咦,这是一颗悬浮在宇宙中的煮鸡蛋嘛!
如果你想品尝一口太阳的味道,千万记得不要用金属勺子,因为……
太阳核心区——
这枚“鸡蛋黄”噎得慌
这是太阳系自然温度最高的地方,在太阳形成之初就是一片热闹非凡的景象。温度能轻松突破1500万摄氏度,压力更是高达3000亿个地球大气压,如此极端的条件为核反应提供了绝佳的环境。于是,太阳核心区每秒就有约6亿吨氢元素通过核聚变反应成为氦,与此同时,通过失去400万吨物质质量的方式释放巨大的能量。用光芒万丈、耀眼夺目等词形容它都显得那么苍白无力。
这就是太阳内部的最核心区域,整个星系能源工厂的主要生产车间。如果我们将太阳解剖开来,你将看到整个核心区约占太阳半径的四分之一,就如同一枚鸡蛋黄,富含营养与能量,只不过吃的时候容易噎着。
太阳辐射区
——光速公路“大塞车”
太阳核心区外面的部分被称为辐射区,核聚变产生的能量从这里向外传输,占太阳内部0.25~0.86个半径的区域,如同鸡蛋黄外包裹的蛋白。如果按照光速计算,光子离开这一区域所用的时间不到两秒钟,实际上这里却被能量堵得水泄不通。
由于太阳巨大的能量产出和特殊的物质结构,无数的光子被困在辐射区,原本沿直线高速传播的光遇到了大麻烦:它们互相挤在一起,就像一颗颗彩虹糖填满了圆形的外盒,你想取出一颗糖来,根本倒不出来,甚至 连将手指伸入其中的空间也没有。
光子的运动路线非常曲折,且自由程很小,每次运动只能走1μm~10μm,科学家通过模型计算了光子离开辐射区的大致时间,大约平均需要一百万年。所以,我们现在沐浴的阳光,说不定与人类一般古老。
太阳对流区
——“味道”不好但很重要
辐射区外部有一层厚约数万千米的区域,被称为对流区。鸡蛋蛋白外包裹的一层薄膜能够留住水分,阻挡细菌的入侵。虽然吃起来口感很差,但对于鸡蛋来说这层薄膜非常重要。对流区于太阳的外在活动而言,也十分重要。
顾名思义,太阳的对流区如同地球大气的对流层一样,存在着剧烈的热量交换过程——温度高的太阳等离子体不断上升,来到太阳表面,并在这一过程中温度逐渐降低,随后又被温度更高的物质取代,再次沉降到对流层底部,如此循环往复。太阳的能量伴随这一过程被运输到了表面,并在一些地方不断累积。
太阳大气
——冒着热气的“蛋壳”
核心区、辐射区和对流区可以被认为是太阳本体,再往外我们就正式来到太阳外部大气层了。这里从内到外又分为光球层、色球层和日冕层三个区域,它们组成了“鸡蛋”的外壳,还有外壳上袅袅升起的热气。
“蛋壳”内部这一面就是光球层,它的厚度大约500千米,由不透明的气体组成。别小看这薄薄的一层,它可负责了99%的可见光,意味着我们日常看到的太阳其实只是它的光球层。除此之外,大家耳熟能详的太阳黑子也是由光球层孕育的,对流区从太阳内部搬运上来的能量,其中一部分就留在了光球层的黑子活动区。
紧挨着光球层,位于“蛋壳”另一面的就是色球层,它因拥有迷人的玫瑰红色而得名。不过就算你冒著亮瞎眼睛的风险去看太阳也是无法看到色球层的,因为它完全被光球层的强光淹没了,何况盯着太阳看是要禁止的危险行为。但大自然还是给我们留了一个“后门”,那就是当发生日全食的时候,整个太阳都被月球遮挡,此时处于外层的色球层就能一展它的芳容了。除了难得一见这一特点外,色球层还是耀斑活动爆发的位置。
日冕层位于太阳大气的最外层,它是太阳等离子体向外的延伸,其范围非常宽广,能覆盖数个太阳半径区域,而且外在形态非常迷人,如同女子随风飘动的长发。它与色球层一样,自然状态下只有在日全食的食甚片刻才能看到。日冕真正厉害的是它的超高温,太阳表面的平均温度在5500~6000 ℃,而靠外的日冕却能跳变至上百万摄氏度。它是如何做到的?这件事至今仍困扰着太阳物理学家们。
日冕上还会形成密度不均的大气分布,其中等离子体温度相对低、数量稀少的区域会形成冕洞,太阳风就是从这些地方源源不断地飞到太阳系的每一个角落。