人類文明誕生初期,對日月星辰就奉若神明。它們高遠、浩瀚而又神秘,懸掛在雲霄,亙古不變。美學由此萌生,神學在這發端,科學也在這裡起源。觀星臺是人類向宇宙星空進發的第一步,哥白尼日心說為大眾揭示宇宙神秘面紗,之後的一步步,從天文望遠鏡到衛星、飛船,人類對星空的探索從未止步。
宇宙星體壽命動輒億萬年,而現代人類文明才不過數千年,對宇宙來說我們還是個嬰兒,對宇宙的認知自然還很淺薄。就以太陽來說,它懸掛在天空數十億年,但我們只知道它屬於恆星,時刻發生聚變、裂變,以及太陽也有壽命,但再具體到太陽的形成、結構、形態等等方面,都只有很淺薄的認知。
太陽的溫度
人體恆溫37.5攝氏度,植物在25攝氏度會發芽生根,那作為無盡光和熱來源的太陽,表層溫度會達到多少?這個問題一直被科學家們孜孜不倦地探尋。隨著近代科學的發展進步,人類對太陽的認知在不斷加深,藉助測量儀器,太陽的體積、距離、質量以及溫度各項研究都取得了一定的進展。
很長一段時間,人們對太陽溫度的測量無從下手,一切都停留在想象階段。直到俄國天文學家採拉斯基對太陽溫度進行了實驗估算,這才開啟了研究太陽的序幕。採拉斯基從聚焦實驗得到啟發,製作了一面凹面鏡來聚集太陽光點,並將亮斑照射到金屬片上,透過對金屬片的觀測來判斷太陽溫度。
但這一實驗只能初步確定太陽溫度高於3500℃,太陽光折射中發生的熱量流失以及聚焦效應無從計算。太陽表面的真實溫度究竟是多少,還未有準確的論斷。在採拉斯基實驗後,後來的科學家又加以發揮創造。
1879年,斯特凡發現了玻爾茲曼(Boltzman)定律。他發現任何物體的溫度和輻射量間都有穩定的關係,即成正比,即使是太陽也不例外。藉助這一定律,科學家利用儀器測算出了收集到的太陽輻射量,並加以計算推測,得出太陽表面溫度為6000℃。
普朗克黑體輻射定律下的太陽表溫
現代科學研究將太陽表面溫度精準定位到5500 ℃,遠超金、鐵、鎢等金屬材料熔點,即使是當前最耐高溫材料在太陽表面也免不了融化一途。
那現代科學家是如何得出這一結論的呢?不同於以往的輻射定律,現代科學研究是利用波譜對太陽溫度進行分析。現代科學研究發現,大到日月星辰,小到花草樹木以及飛禽走獸,只要溫度高於0K就會對外輻射出特定的電磁波,不同溫度的物體電磁波譜也是不盡相同。
就以金屬鐵來舉例,加熱狀態下鐵輻射的電磁波輻射率以及頻率會時刻發生變化,而且顏色也有顯著差異,從紅色逐漸蛻變為白色。科學家就是透過電磁波譜的形狀來推斷物體的溫度以及熱量變化。
在這裡,能表現這一規律的是著名定律——普朗克黑體輻射定律。透過普朗克黑體輻射定律,人類終於可以對太陽的溫度進行精確的測算。根據普朗克黑體輻射定律計算出的結論顯示為5772 K,也就是5499 ℃。
不僅如此,普朗克黑體輻射定律下的理論曲線與實際對太陽波段輻射測量得出的電磁波譜曲線極其吻合,兩相佐證下可以證實普朗克黑體輻射定律的正確性。隨之,5499 ℃被各大機構統一採用,成為太陽表面溫度的標準答案。
人類登陸太陽的希望
作為太陽系最為古老的星體,億萬年來太陽一直為其他行星提供光和熱,同時也緊緊束縛著八大行星,為地球提供了安穩的生存環境。遺憾的是,我們當前對太陽的認知還很淺薄,只能隔著遙遠的距離進行觀測,想要真正進入太陽探索還是一件幾乎不可能實現的事情。
以現在的觀察來看,太陽表面溫度5499攝氏度,但核心星核處最高溫度近1500萬攝氏度,單單是靠近太陽表面就足以使任何探測器化為灰燼。以當前地球能生產的材料來看,熔點最高的鎢在3410攝氏度環境下會融化,而最耐高溫的材料石墨也只能堅持到3820攝氏度,還遠遠達不到標準。
所以人類未來登陸太陽的希望還在合金材料,科學家已經研製出熔點高達4215攝氏度的鉿合金,如果可以製造類似的合金材料,以此來製造飛船、探測器,就有望實現著陸太陽。