太阳,这颗巨大的气态恒星,对地球生命的存在至关重要。然而太阳的温度究竟有多高?太阳的温度范围覆盖从核心的1500万摄氏度到表面的5500摄氏度。太阳能量的来源是其核心的氢原子通过核聚变产生氦,同时释放大量能量,这使得太阳核心的温度能够维持1500万摄氏度。位于太阳核心外的辐射带,其温度从700万摄氏度到200万摄氏度不等。
辐射带之外是对流带,其温度约为200万摄氏度,由热等离子体气泡通过对流方式将热量传送到太阳表面。太阳大气层包括光球层、色球层和日冕,其温度各异。光球层的温度可以达到5500摄氏度,而太阳黑子的温度可以低至3000到4500摄氏度。色球层位于光球层之上,其温度从6000摄氏度降至4000摄氏度。最后是日冕,它的温度高达100万到200万摄氏度,这个异常高的温度迄今仍是科学界的一大疑团。
加州大学伯克利分校空间科学实验室的太阳研究员黄佳认为,太阳的温度变化与其能量的生成、传输和消散有关。太阳的最高温度出现在核心,这是由于持续的核聚变过程产生了能量。帕克太阳探测器,于2018年发射,正在既定轨道对太阳进行观测,以期解答为何日冕的温度高于光球层这个问题。恒星的温度与其大小和颜色有关。
例如,最热的恒星是蓝色的O型和B型,其温度可以达到25000K,而最冷的M型红色恒星的温度则低至3000K。位于这两者之间的是白色和黄色恒星,比如太阳,其温度约为6000K。太阳的温度在每一层之间有很大差异。根据NASA的数据,太阳的温度范围覆盖从核心处的大约1500万摄氏度到表面的约5500摄氏度。太阳主要由气体和等离子体构成。其中92%的气体是氢。
太阳核心的氢由于强大的引力而紧密聚集,产生了可观的高压。这种压力如此之高,以至于当氢原子以足够的力量相撞时,它们会通过一种叫做核聚变的过程创造出一种新的元素——氦。持续的核聚变使能量积聚,这让太阳的核心温度达到大约1500万摄氏度。然后,能量向外辐射到太阳的表面、大气层以及更远的地方。太阳核心外的辐射区,温度从靠近核心的700万摄氏度到辐射带外层的200万摄氏度不等。这一层没有热对流发生。
相反,热量是通过热辐射进行传输的,即氢和氦发射的光子会先行进一段距离,然后被其他离子重新吸收。光粒子(光子)可能需要数千年才能穿过这层,最终到达太阳表面。辐射带之外是太阳的对流区,其延伸范围约为20万千米。对流带的温度约为200万摄氏度。这一层的等离子体以对流运动方式移动——就像沸腾的水一样——热的等离子体气泡将热量传送到太阳表面。太阳大气层的温度在各层之间也有很大的差异。
光球层的温度可以达到大约5500摄氏度。色球层位于光球层之上,温度从靠近光球层的6000摄氏度到几百千米之外的4000摄氏度不等。日冕是太阳大气最外层,温度高达100万到200万摄氏度,这个异常高的温度迄今仍是科学界的一大疑团。帕克太阳探测器于2018年8月发射,目前正在既定轨道观测着太阳。任务的目的之一是研究为什么日冕的温度高于光球层,这一现象与恒星动力模型相违背。
恒星的大小颜色各异,它们的温度也理应不同。天文学家可以通过恒星的颜色或光谱类型来判断其温度。恒星有7种光谱类型,由字母O、B、A、F、G、K和M表示。最热的恒星是O型和B型,它们主要发出蓝光,且其光线中含有大量的紫外光。M型恒星是最冷的类型,它们主要发出红光,同时也发射大量的红外光。