問題
太陽有多熱
闡述
我們的先輩並未過多地強調太陽的能量,這一點使許多人迷惑不解。對於前人來說,太陽作為一個光源的重要性遠遠大於作為熱源的重要性。在神話傳說中,太陽神駕著渾身發光的駿馬拉著的同樣光彩奪目的戰車翱翔於天際,但有關太陽熱量的描寫卻從未發現。更有甚者,曾經有人幻想做一次如登月一樣的飛行,以期登上太陽的表面。即使在人們已能理解太陽光的本質之時,仍未對太陽的熱性質產生應有的重視。人們早就知道白天比黑夜暖和,夏天比冬天暖和,太陽直曬地比陰涼地暖和,在此前提下,人們只知道太陽具有熱量,而根本沒有打算知道太陽到底有多熱。我們僅僅能在1.5億公里之外通過對太陽光的感受判斷它是一個巨大的火球。幸運的是,我們無須製作一支特殊的溫度計,再將其直接探入太陽表面以測出它的溫度。因為我們已經發現太陽所發出的光線的多少和強弱均決定於它本身的溫度。
1879年,奧地利物理學家史蒂芬·斯塔梵指出當某物體溫度發生變化時,該物體所產生射線的總量按其絕對溫度變化的四次方變化(絕對溫度是一種溫度的表征形式,絕對零度等於-273℃)。也就是說,如果物體的絕對溫度升至原來的兩倍,那么這個物體產生的射線總量將升至原來的16倍,而它的絕對溫度升至3倍,其產生射線總量提高81倍,以此類推。
1893年,德國物理學家威赫姆·韋恩指出,任何發熱的物體所產生的射線都含有一定的光譜範圍,當物體溫度升高時光譜範圍依次由紅色到紫色錯動,太陽光譜線的位置處於黃區,由此得知,太陽表面溫度約為6000℃。
而6000℃只能表明太陽表面的溫度,根據我們對地球的了解,我們有理由相信,任何一個星球內部的溫度都高於其表面的溫度。對於太陽,這一法則同樣有效。既然太陽的表面溫度就已經與地心溫度相差無幾,同時由於太陽巨大的質量而對其內部產生的壓力遠遠大於地球內部的壓力,我們就更有理由認為太陽內部的溫度比木星內部5萬℃的高溫還要高。那么,太陽內部到底有多熱呢?
英國天文學家阿瑟·斯坦萊·愛迪生於本世紀20年代找到了上述問題的答案。他首先將大陽假設為一個巨大的高溫氣球。在重力的作用下,太陽上各種物質將產生向其內部運動的趨勢。如果氣體含量過小,這個氣球會因為重力作用而急劇收縮,而事實上,時至今日,太陽並未收縮。因此,愛迪生認為太陽本身存在某種使其保持堅固結構並能有效阻止其收縮的強大力量。
愛迪生(或其他任何一個人)會想到這些現象是熱現象耍的把戲。通過在地球上的實驗,我們得出結論:當溫度升高時,氣體體積膨脹。因此,愛迪生認為太陽時刻處於一種平衡狀態,其內部蘊含的熱量使其產生擴張的趨勢,而同時在重力的作用下又使其產生收縮的趨勢,在這種平衡的作用下,太陽將年復一年地存在下去。
愛迪生根據對太陽重力的計算,大致求出了太陽本身在保持平衡狀態下所必須具備的熱量。使他大為吃驚的是,太陽內部的溫度竟會達到百萬數量級。如今較權威的數據是1500萬℃