太阳6000℃探测器接近不了表面科学家怎么测量它的体温的?

太阳跟我们可谓朝夕相处,我们都感受到过太阳的炙热,也知道它表面的温度有数千摄氏度之最。

但不少人可能都没有想过,太阳距离地球这么远,它的温度究竟是怎么测算出来的?难不成通过宇宙快递,给太阳邮寄了一根超大号的体温计?

当然这只是玩笑,下面就来简单聊聊,历史上的科学家们,究竟是怎么给太阳来测温的。

包括人类在内,地球上的各种物体温度,因为大部分都能近距离接触,所以可以通过各种设备工具来测量。

比如人体测量有温度计,土壤乃至水温度的测量,也有专门的设备。这种测量方式,可简单理解为热传导的原理。

可天上的太阳该怎么办,通过传导来测?也没有这么长的温度计能直接伸到太阳跟前啊。所以从古至今,人类都没有任何办法接近太阳。

当然,现代科技进步了,人类可以向太阳发射探测器,但现代的人类已经掌握了太阳的温度。没有探测技术之前,隔空面对太阳,人类乃至科学家束手无策。

不光不能接近太阳,在地球上人类也没办法利用望远镜,像观测其他天体那样直接观测太阳。因为你直接望向太阳的话,会瞬间致盲什么都看不见。

在这种情况下,人类原先掌握的所有测温方法,都无法应用到太阳上。怎么办?一直到19世纪初,科学界还是毫无头绪。

孔德说的过于绝对了,虽然没办法接近和直视太阳,但科学家们从没有放弃过各种各样的尝试。这种尝试,实际上让科学家逐渐了解并掌握了温度的实质是什么。

从日常人类的生活看,温度是一种冷热感觉,而在自然界里,温度就是一种随时随地的辐射。

所有的物体,只要不是绝对零度,都会一刻不停向外传送热量,而且是以电磁波的方式传送的,这种传送能量的方式就是辐射。

辐射的过程可简单理解为是对等的,一方或者一种物体向外辐射,另一方也可以向外辐射。

整个过程因为被物体吸收的辐射能不同,最终产生的温度也就会有差异。所以说,辐射是能量转化为热量的主要方式。

辐射本身的形式是电磁波,比如光波和无线电波都属于电磁波,它的传播方式是波动的形式,而且速度相当的快。

采拉斯基是俄国的一位天文学家,他曾经玩过现在小孩子都会玩的游戏,用镜子聚焦太阳光。

不过,他所用的凹面镜很大,直径达到了1米,这应该比《百年孤独》里,那个吉普赛人,送给祖父的那面放大镜还要大。

但当这面镜子对着太阳并开始聚光后,产生的效果是一样的。在晴天的实验中,采拉斯基对准太阳产生了一个焦点。

而后他把一块金属片放在了焦点上,很快他就看到那块金属片被熔化了。最终,他推测焦点处的温度达到了3500℃。

虽然这个数值不准确,可实验却打开了科学界的思路,太阳的温度可以通过辐射来测定。

在知道了太阳和辐射之间的关系时,科学家在这期间,又逐步掌握了太阳的光谱。

肉眼下的太阳光,有橘黄色,也有红色的,通常不会出现其他颜色。但如果用三棱镜将太阳光展布开来,将会看到七种颜色组成的光谱。

这种现象,牛顿还在世的时候就做过。从此之后,类似的实验一直在科学界流传着做。到了19世纪初,另一个英国人沃拉斯顿,也做了类似的实验。

可他在原来的光谱中,又发现了一些暗线,这些暗线位于红绿蓝线之间的区域。沃拉斯顿虽然发现了它们,但并没有深入研究。

如果当年他深入研究的话,现在的光谱线就不会叫夫琅和费线,而是叫沃拉斯顿线了。

同样作为科学家的夫琅和费,他比沃拉斯顿的实验晚做了几年。他利用制作的分光镜,开始更细致的观察光谱。

显示对比和分析火焰,而后是分析太阳光谱,最终发现了不少暗线。要不说科学研究需要极大的耐心才行,他利用3年的时间,最终分析并数出了那些暗线条。

虽然被他发现了新的端倪,可在当时夫琅和费无法解释它们出现的原因是什么。彼时的他还不知道,要真正解释这些光谱线,需要再等近半个世纪。

到了19世纪50年代,另外一位德国科学家本生,通过自己发明的一种煤气灯,不同物质再燃烧时呈现出来的颜色是有差异的。

本生原来设想,这是不是可以反向推导出燃烧物体的物质。可顺着这条思路继续实验时他却发现,当混合物质燃烧时,火焰呈现出来的颜色,只会是物质占比最大的颜色。

直到有一天,本生和另一位科学家哥们儿,无聊的观察远处一场大火,他们通过分光镜,从大火中看到锶和钡的谱线。

这场大火让两个人意识到,既然隔空分析光谱,就可以知道大火燃烧的物质成分,那么分析太阳的光谱,不就能知道太阳是由什么物质构成的了吗。

说干就干,于是本生他们开始着手分析太阳。当然,40多年前夫琅和费看到了什么,以及研究所用的办法,本生他们实际上又重复了一遍。

通过这件事就能明白,自然科学中的定理是客观存在的,不管在何时何地,通过不同的思路,都能识途同归。

不同的是,相比于此前的研究,这一次本生他们的研究又更加深入了。与本生一同捣鼓的科学家基尔霍夫,最终得到了基尔霍夫定律,但此时距离精准测量太阳的温度还有很远。

整个19世纪前期,研究太阳的方式方法可谓五花八门。这就像是在玩一种拼图游戏,目标和方向是一致的,但研究的角度和方法不同,最终得到的结果差异很大。

有的研究是几千摄氏度,有的研究高达数百万摄氏度,归根结底,真正的理论还没有找到。

到了19世纪中后期,为了鼓励科学家们尽快找到真正的数值,巴黎的科学院还专门为此推出了一个奖项。但是奖项设立以后,相关的结果依然没有确定下来。不过,此时距离结论出现已经很快了。

到了1878年,斯特瓦发现了辐射和温度之间的四次方程比例,最终根据这一点,得出的太阳表面温度6000℃左右。

此后,另一位科学家玻尔兹曼,利用热力学也得到了相关的发现。有了相关定律,最终计算太阳的温度也就有了理论基础。

在相关的理论空白被逐步填补的同时,科学界也逐步掌握了温度和光谱以及和质量之间的关系。

像太阳这样的恒星,其光谱变化和温度以及质量都密切相关,比如说颜色越是偏蓝,温度就越高,其质量也相对更大。

这种现象叫维恩位移定律,是另一位科学家维恩发现的。太阳这样的恒星,其表面温度越高,光谱分布就会发生偏移,最终呈现出来的视觉就会是蓝色。

至此,围绕太阳的相关理论定律,基本上都被填补上了。而且科学家在随后,进一步标定了温度和颜色之间的关系。

在恒星中,根据光谱的不同特点,分成了七个类型,而七种类型也代表了不同的温度。

比如O型恒星,其表面呈现蓝色,温度超过了33000℃。温度相对较低的是M型,其呈现的颜色为红色或者深红色,而表面的温度则不到3700℃。

太阳呈现出黄色,在分类中它属于G型,这类恒星的表面温度在5200℃到6000℃。在宇宙中,太阳并不特殊,类似太阳这样的恒星很多,温度比它高或者低的恒星也不少。

为了更加精准,在主要分类下,又根据不同类型中恒星的年龄,细分出了恒星各自的温度差异以及所在的年龄段。

比如太阳,它的光谱分类是G2Ⅴ,Ⅴ不是英文字母,而是罗马数字5,这是表示太阳的年龄正值壮年。

通过持续的研究和理论填补,对于像太阳这样的恒星,不管它距离我们有多远,只要能被观测到,也就能掌握其表面温度是多少。

恒星也有生老病死,老去的太阳最终会经历红巨星阶段。而对于这一阶段的恒星,此前科学界对其温度的变化,还没有精准掌握。

直到最近,科学界掌握并应用了一种新的方法,这可以相对精准的测量红巨星的表面温度。

红巨星的表面温度之所以不容易测量,是因为它所在的高层大气结构复杂,在不同区域测算出来的温度不一致。

为了解决这一问题,科学家需要找到不受大气影响的光谱。东京大学的研究人员,利用一种仪器来观测选中的恒星。

这种名为WINERED的仪器可以连接到望远镜上使用,可以测定光谱的特性。最终通过分析分析光谱,继而得出与温度相关的数值。返回搜狐,查看更多

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