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你是否想過，照射到我們身上的陽光，究竟是如何產(chǎn)生、又是歷經(jīng)怎樣的旅程，才抵達(dá)地球的呢？

事實(shí)上，太陽光線的傳播有著不為人知的復(fù)雜過程，有人說太陽發(fā)出的光只需約 8 分鐘就能到達(dá)地球，也有人認(rèn)為太陽此刻發(fā)出的光得十萬年后才能抵達(dá)，這兩種看似矛盾的說法，其實(shí)都有其合理之處。

在 20 世紀(jì)早期，開爾文勛爵曾提出，太陽能量的唯一來源可能是引力勢(shì)能的釋放。

他設(shè)想，太陽會(huì)在引力的持續(xù)作用下逐漸縮小，在這一過程中，大量引力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為熱能，并通過太陽表面釋放出來。這一想法極具創(chuàng)造性，然而，通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，引力勢(shì)能的釋放僅能維持太陽約 1 億年的能量供應(yīng)。

但地球上地質(zhì)變遷和生物演化所經(jīng)歷的漫長(zhǎng)時(shí)間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了 1 億年，這表明該理論無法充分解釋太陽長(zhǎng)期穩(wěn)定輸出能量的現(xiàn)象。不過，像白矮星（如天狼星 B）這類恒星，其能量來源正是凱爾文 - 亥姆霍茲?rùn)C(jī)制，只是這類恒星的亮度僅為太陽的百萬分之一。

太陽的能量，實(shí)際上源于核聚變過程。在太陽核心，輕核聚變成重核，同時(shí)依據(jù)質(zhì)能公式 E = mc2 釋放出大量能量和高能光子。

不過，核聚變僅在太陽核心區(qū)域發(fā)生，太陽外層存在大量電離原子，包括質(zhì)子、原子核和自由電子，這些粒子會(huì)阻擋高能光子向太陽表面?zhèn)鞑?。光子從太陽核心向表面逃逸的過程中，會(huì)經(jīng)歷無數(shù)次隨機(jī)散射，其路徑毫無規(guī)律可言，這種現(xiàn)象被稱為隨機(jī)漫步。

在這一過程中，光子之間的碰撞不僅減慢了傳播速度，還使光子攜帶的能量降低，進(jìn)而產(chǎn)生了紫外線、可見光和紅外線等不同能量的光子，而不再是最初在核心產(chǎn)生的伽馬射線。

核聚變的過程，是一系列輕原子核逐步融合的過程。首先，兩個(gè)質(zhì)子融合形成一個(gè)氘核，接著，氘核繼續(xù)參與聚變反應(yīng)，生成氦 - 3 或氚；氦 - 3 或氚再與一個(gè)氘核聚變，產(chǎn)生氦 - 4，并釋放出副產(chǎn)品質(zhì)子或中子，同時(shí)伴隨中微子和高能光子的產(chǎn)生。

值得一提的是，中微子能夠暢通無阻地從太陽核心傳播到表面并釋放出去，而高能光子則需經(jīng)歷大量碰撞，這個(gè)過程極其漫長(zhǎng)，需要數(shù)萬到數(shù)十萬年的時(shí)間，高能光子才能離開太陽表面。

在太陽內(nèi)部，驅(qū)動(dòng)核聚變反應(yīng)的，不僅僅是高溫和高壓，量子物理學(xué)同樣發(fā)揮著關(guān)鍵作用。即便太陽核心溫度超過 1500 萬 K，這樣的能量仍然不足以直接驅(qū)動(dòng)聚變反應(yīng)。

實(shí)際上，在這種溫度下，粒子之間相互碰撞并發(fā)生聚變的概率極低，大約每 102?次碰撞中才會(huì)有 1 次粒子通過量子隧穿效應(yīng)，進(jìn)入融合的重原子核狀態(tài)。然而，由于太陽內(nèi)部極高的密度和溫度，每秒仍有 4×103?個(gè)質(zhì)子聚變成氦。

并且，超過 99% 的核聚變反應(yīng)都發(fā)生在太陽核心，因?yàn)橹挥性谔柡诵膮^(qū)域，才具備維持核聚變反應(yīng)所需的高溫、高壓以及量子隧穿條件。

除了核心區(qū)域的核聚變，太陽外層也展現(xiàn)出一系列獨(dú)特的現(xiàn)象。日冕周圍存在著高溫等離子體，其溫度可高達(dá)數(shù)百萬度，而太陽光球?qū)拥臏囟葍H約 6000 度。此外，太陽耀斑、內(nèi)部上升流、大規(guī)模噴射等現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致太陽局部溫度異常升高。盡管這些現(xiàn)象不會(huì)引發(fā)新的核反應(yīng)，但會(huì)顯著改變太陽實(shí)際的能量排放狀況。

太陽光譜并非理想狀態(tài)，在實(shí)際的太陽光譜中，紫外線和 X 射線波段蘊(yùn)含著更高能量，且不包含伽馬射線。通過不同波長(zhǎng)的光對(duì)太陽進(jìn)行觀測(cè)，我們可以發(fā)現(xiàn)，在可見光波段，除太陽黑子溫度較低外，太陽表面溫度分布相對(duì)均勻，紫外線波段的情況也大致相同。但當(dāng)進(jìn)入更短波長(zhǎng)（即更高能量）的光譜區(qū)域時(shí)，這些高能量區(qū)域僅出現(xiàn)在太陽耀斑和日冕附近。

太陽的光球?qū)雍腿彰釋铀l(fā)出的光，本質(zhì)上屬于黑體輻射，類似于宇宙中任何被加熱到特定溫度的物體所發(fā)出的光。

但實(shí)際上，太陽的輻射并非來自單一黑體，而是多個(gè)不同溫度的黑體輻射的疊加。部分輻射來自太陽稍內(nèi)部的高溫區(qū)域，部分則來自稍外部的低溫區(qū)域，這就是太陽發(fā)射光譜在所有能量范圍內(nèi)都偏離完美黑體輻射的原因。

綜上所述，太陽內(nèi)部的核聚變反應(yīng)僅發(fā)生在核心區(qū)域，在這一過程中產(chǎn)生的光子，需要經(jīng)過無數(shù)次碰撞才能到達(dá)太陽表面。

太陽的外層，即光球?qū)雍腿彰釋樱翘栂蛲獍l(fā)射光子的主要區(qū)域。其中，來自太陽最內(nèi)層核心的光子，需要?dú)v經(jīng)約 10 萬年的漫長(zhǎng)旅程才能抵達(dá)表面，而不同層次的光子，到達(dá)表面所需的時(shí)間也各不相同，最外層產(chǎn)生的光子則能立即離開太陽。

日冕是太陽最熱的部分，也是紫外線和 X 射線輻射的主要來源，通常情況下，只有在日全食時(shí)才能觀測(cè)到日冕。在太陽的發(fā)光區(qū)域，雖然不會(huì)發(fā)生核反應(yīng)，但太陽耀斑有時(shí)會(huì)引發(fā)激波加熱，可能導(dǎo)致超高能量伽馬射線的發(fā)射。

盡管核聚變發(fā)生在太陽核心，能量和高能光子也在此產(chǎn)生，但這些能量會(huì)加熱太陽的各個(gè)層次，包括最外層。當(dāng)外層原子被加熱到一定溫度時(shí)，就會(huì)發(fā)射出相應(yīng)頻率的光子，這便是太陽光中不同頻率光子的由來。因此，太陽不僅內(nèi)核能夠產(chǎn)生光子，外層同樣可以發(fā)射光子。

由于太陽內(nèi)核產(chǎn)生的光子到達(dá)地球需要數(shù)萬年，而外層光子僅需 8 分鐘就能到達(dá)。