太陽光到達(dá)地球需要多長的時間？

(相關(guān)資料圖)

8分鐘，這可能是小學(xué)生都知道的常識，因為太陽與地球的平均距離約為14960萬千米，而光的速度為每秒299792458米，這樣算下來就差不多需要8分鐘了。也就是說我們此時此刻所見到的太陽實際上是8分鐘以前的太陽，如果太陽在此時熄滅，那么我們也需要8分鐘以后才可以察覺。太陽光到達(dá)地球需要8分鐘，這8分鐘是按照太陽表面的光運(yùn)動到地球所需的時間來進(jìn)行計算的，那如果從太陽光產(chǎn)生算起，光需要多久才能夠來到地球呢？這時間可就長了。太陽光來自何處？來自于太陽的核心，因為只有太陽的核心才有足夠的壓力和溫度誘發(fā)氫核聚變。

太陽是一個半徑達(dá)到了695500千米的巨大恒星，不過對于光子來說，這個半徑并不算很大，不需要3秒鐘就可以跑出來，但問題沒有這么簡單。

在太陽核心誕生的光子并不能像在近乎于真空的宇宙中那樣毫無阻礙地向四周沖刺，太陽是一顆密度約為每平方米1408千克的恒星，光子要想從太陽的中心跑到表面來，會在太陽內(nèi)部與各種分子發(fā)生碰撞，所以它不能像一道光束那樣徑直地跑出來，它只能以布朗運(yùn)動的形式向太陽表面擴(kuò)散，這可就要花些時間了，至于具體要花多少時間，我們還要從布朗運(yùn)動本身說起。

布朗運(yùn)動指的的液體或氣體中的微粒所做的永不停歇的無規(guī)則運(yùn)動。布朗運(yùn)動的發(fā)現(xiàn)是非常早的，始于1827年，發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象的人并不是一位物理學(xué)家，而是英國的一位植物學(xué)家R·布朗。

作為一名植物學(xué)家，花粉是他的常規(guī)研究對象，一次，布朗將花粉撒在水中進(jìn)行觀測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了一件有趣的事情，那就是這些花粉一直在水里動來動去，布朗觀察了很久，水中的花粉也沒有停下來，于是布朗開始思考其中的原因。最初，布朗將水杯放置在密閉的環(huán)境下觀察，結(jié)果運(yùn)動依舊沒有停止，于是他排除了“空氣擾動”的原因。既然不是空氣的原因，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？布朗猜想運(yùn)動可能是花粉的一種主動行為。

這一次，布朗將花粉炒熟了，重新撒入水中，結(jié)果花粉還是動。

布朗又想，既然不是花粉的問題，那就是水里有東西，對，水里有微生物，于是布朗又將花粉撒入酒精和煤油之中，結(jié)果花粉還是動。這一下布朗蒙了，最終他給出了一個這樣的結(jié)論：“活性分子廣泛存在于各種有機(jī)物和無機(jī)物中”，翻譯一下，這句話的意思就是說生命到處都是，不管酒精還是煤油，里面都存在生命。顯然布朗的結(jié)論是不對的。在過了將近一個世紀(jì)之后，人們意識到了分子和原子的存在，于是終于揭開了布朗運(yùn)動的謎底。

不管是氣體、液體還是固體，所有的物質(zhì)都是由分子或原子所組成的，而分子和原子始終處于運(yùn)動之中。

既然分子在運(yùn)動，而水是由水分子所構(gòu)成的，所以水分子在運(yùn)動的過程中就必然會撞擊其中的大顆粒物質(zhì)，比如花粉，所以花粉也就動了起來。由于水分子的運(yùn)動本身就是隨機(jī)的，所以花粉的運(yùn)動也就呈現(xiàn)出了隨機(jī)的態(tài)勢。此外，由于溫度的本質(zhì)就是運(yùn)動，溫度越高的物體，其內(nèi)部分子的運(yùn)動速度就越快，所以花粉在熱水中就比在冷水中動得更快。至此，布朗運(yùn)動的謎題終于被解開了。布朗運(yùn)動本身是一種隨機(jī)運(yùn)動，那么以布朗運(yùn)動形式在太陽內(nèi)部擴(kuò)散的光子，從中心到達(dá)太陽表面的時間能夠計算出來嗎？能。

太陽內(nèi)部的光子以布朗運(yùn)動形式向外擴(kuò)散的距離涉及到三個關(guān)鍵因素，一是光子運(yùn)動的速度，二是擴(kuò)散時間，三是平均自由程。

其中平均自由程指的就是分子相鄰兩次碰撞之間的平均距離。具體到太陽，光子從中心擴(kuò)散到太陽表面的距離是已知的，就是太陽的半徑，即695500千米，光子運(yùn)動的速度也是已知的，就是光速，即每秒299792458米。至于太陽內(nèi)部光子運(yùn)動的平均自由程嘛，雖然沒有確切的數(shù)據(jù)，但科學(xué)家估計大概在0.01毫米左右。有了這三個已知量，就可以計算出光子從中心運(yùn)動到表面所需的時間了，就是用太陽半徑除以光速和平均自由程的乘積，結(jié)果大概是500萬年。也就是說，照射在我們身上的光子是來自于500萬年以前的。

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標(biāo)簽： 布朗運(yùn)動 太陽內(nèi)部 平均自由程