播报：你知道吗？照射在我们身上的太阳光竟来自于500万年前

2022-07-06 05:57:19 来源：科普中国

太阳光到达地球需要多长的时间？

8分钟，这可能是小学生都知道的常识，因为太阳与地球的平均距离约为14960万千米，而光的速度为每秒299792458米，这样算下来就差不多需要8分钟了。也就是说我们此时此刻所见到的太阳实际上是8分钟以前的太阳，如果太阳在此时熄灭，那么我们也需要8分钟以后才可以察觉。太阳光到达地球需要8分钟，这8分钟是按照太阳表面的光运动到地球所需的时间来进行计算的，那如果从太阳光产生算起，光需要多久才能够来到地球呢？这时间可就长了。太阳光来自何处？来自于太阳的核心，因为只有太阳的核心才有足够的压力和温度诱发氢核聚变。

(相关资料图)

太阳是一个半径达到了695500千米的巨大恒星，不过对于光子来说，这个半径并不算很大，不需要3秒钟就可以跑出来，但问题没有这么简单。

在太阳核心诞生的光子并不能像在近乎于真空的宇宙中那样毫无阻碍地向四周冲刺，太阳是一颗密度约为每平方米1408千克的恒星，光子要想从太阳的中心跑到表面来，会在太阳内部与各种分子发生碰撞，所以它不能像一道光束那样径直地跑出来，它只能以布朗运动的形式向太阳表面扩散，这可就要花些时间了，至于具体要花多少时间，我们还要从布朗运动本身说起。

布朗运动指的的液体或气体中的微粒所做的永不停歇的无规则运动。布朗运动的发现是非常早的，始于1827年，发现这一现象的人并不是一位物理学家，而是英国的一位植物学家R·布朗。

作为一名植物学家，花粉是他的常规研究对象，一次，布朗将花粉撒在水中进行观测，结果发现了一件有趣的事情，那就是这些花粉一直在水里动来动去，布朗观察了很久，水中的花粉也没有停下来，于是布朗开始思考其中的原因。最初，布朗将水杯放置在密闭的环境下观察，结果运动依旧没有停止，于是他排除了“空气扰动”的原因。既然不是空气的原因，那就是花粉本身的原因，既然植物是有生命的，那么花粉可能也是有生命的？布朗猜想运动可能是花粉的一种主动行为。

这一次，布朗将花粉炒熟了，重新撒入水中，结果花粉还是动。

布朗又想，既然不是花粉的问题，那就是水里有东西，对，水里有微生物，于是布朗又将花粉撒入酒精和煤油之中，结果花粉还是动。这一下布朗蒙了，最终他给出了一个这样的结论：“活性分子广泛存在于各种有机物和无机物中”，翻译一下，这句话的意思就是说生命到处都是，不管酒精还是煤油，里面都存在生命。显然布朗的结论是不对的。在过了将近一个世纪之后，人们意识到了分子和原子的存在，于是终于揭开了布朗运动的谜底。

不管是气体、液体还是固体，所有的物质都是由分子或原子所组成的，而分子和原子始终处于运动之中。

既然分子在运动，而水是由水分子所构成的，所以水分子在运动的过程中就必然会撞击其中的大颗粒物质，比如花粉，所以花粉也就动了起来。由于水分子的运动本身就是随机的，所以花粉的运动也就呈现出了随机的态势。此外，由于温度的本质就是运动，温度越高的物体，其内部分子的运动速度就越快，所以花粉在热水中就比在冷水中动得更快。至此，布朗运动的谜题终于被解开了。布朗运动本身是一种随机运动，那么以布朗运动形式在太阳内部扩散的光子，从中心到达太阳表面的时间能够计算出来吗？能。

太阳内部的光子以布朗运动形式向外扩散的距离涉及到三个关键因素，一是光子运动的速度，二是扩散时间，三是平均自由程。

其中平均自由程指的就是分子相邻两次碰撞之间的平均距离。具体到太阳，光子从中心扩散到太阳表面的距离是已知的，就是太阳的半径，即695500千米，光子运动的速度也是已知的，就是光速，即每秒299792458米。至于太阳内部光子运动的平均自由程嘛，虽然没有确切的数据，但科学家估计大概在0.01毫米左右。有了这三个已知量，就可以计算出光子从中心运动到表面所需的时间了，就是用太阳半径除以光速和平均自由程的乘积，结果大概是500万年。也就是说，照射在我们身上的光子是来自于500万年以前的。

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关键词：布朗运动太阳内部平均自由程