深度長文：太陽光是怎么產生的？

如果有人問你，太陽光是從哪里發出來的？你一定會罵他傻：陽光嘛，肯定是從太陽發出來的啦！

如果接著問你：太陽為什么能發光，太陽光是從太陽的什么地方發出來的，你知道嗎？

許多人可能就答不上來了。

有些人說：太陽的中心因為發生核聚變，核聚變產生大量的熱，太陽就像是個大燈泡，光就是從它的中心發出來的。

事實果真如此嗎？我們今天來分析分析。

地平線上的太陽

太陽的光

我們的地球，包括太陽系里所有的星球，都時刻沐浴在燦爛的陽光之中。陽光是從太陽散發出來，它不只包括赤橙黃綠青藍紫七色可見光，還包含我們肉眼看不見的伽馬（γ）射線、X射線、紫外線、紅外線、微波和其它波長的電磁波。

每種顏色代表太陽日冕中存在的不同波長的極紫外光

我們平時所見到的陽光通常是白色的，它是所有波長可見光混合而成的結果。對于不同的動物來說，它們所看到的光與人類會有所不同，有些動物能看到紫外光，而有些則對紅外線更敏感。

太陽發出的光十分強烈，即使是在距離太陽表面1.5億公里的地球大氣層的上方，陽光的功率都達到了1368W/m2，由于地球大氣層的阻擋，一部分光被過濾，因此在晴朗無云的正午，我們在赤道表面接收到的陽光能量大約是1000W/m2。科學家們推算，太陽的總功率達到3.826×102?W，地球從太陽接收到的功率也達到了1.740×101?W。

可見光只是太陽光譜的極小部分

太陽核聚變

太陽之所以能夠每時每刻向外釋放如此巨大的能量，源于在它的核心地帶時刻發生著核聚變反應。

太陽是顆直徑達到139.1萬公里的大氣球。從原子數量看，太陽有92.1％的氫氣和7.8％的氦氣，其它元素只占太陽質量極小的一部分。

太陽的總質量是地球的33萬倍，達到了1.989×103?千克，它的核心因極高的重力產生高達3000億個大氣壓和1500萬攝氏度的高溫。如此高的溫度和壓強每秒能將3.7×103?個質子轉換成α粒子（氦-4原子核），這就是我們常說的核聚變。

太陽核聚變“質子-質子鏈反應”過程

太陽中心氫原子核聚變通常稱為“質子-質子鏈反應”。

第一步，當兩個氫原子核（質子）發生聚合，它會生成一個雙質子氦核；這個氦核不穩定，它緊接著發生β-plus衰變，氦衰變為氘，同時向外釋放一個正電子、一個中微子和0.42MeV的能量。

β-plus衰變所產生的正電子會立刻與附近的電子發生湮滅，湮滅產生兩個γ射線光子和1.022 MeV的能量。

第二步，氘在產生的4秒鐘時間里，會繼續與另一個氫原子核（質子）聚變成氦-3核，同時產生一個γ射線光子和5.49 MeV能量。

第三步，兩個氦-3核發生聚變，產生一個氦-4原子核（α粒子），同時釋放兩個質子。

從上面聚變反應步驟我們可以看出，核聚變過程中產生了中微子和γ射線光子，中微子很少與其它物質相互作用，它僅需2.3秒就沖出太陽消失無蹤，但光子卻很難逃出來。

太陽結構

陽光從哪里來？

太陽核聚變產生出來的γ射線光子在幾毫米不到的距離就被吸收了，它的能量用于加熱太陽內核中的高溫等離子體，當再次被釋放時，γ射線光子能量會比之前更低一些。就這樣在被反復吸收和釋放了1萬到17萬年（有說100萬年）之后，γ射線光子才能輻射到太陽表面。

一、我們在地球上能看到太陽核心發出的光芒嗎？

并不能。

因為核聚變釋放的是γ射線，在地球磁場和大氣層的雙重保護下，γ射線很難有機會到達地球表面。

二、太陽光是從哪里產生的呢？它誕生于太陽表面的光球層。

這是太陽表層大氣從低到高不同波長光的同時圖像，最左邊為光球層

光球層是太陽最低的一層大氣，它大約有500公里厚，這里的溫度比太陽核心的溫度低很多，平均大約只有5500oC。光球層的氣體密度只有0.2g/m3，大約僅有地球海平面空氣密度的1/6000。可以說，用一層薄紗來形容太陽的光球層一點都不過分。

然而就是這一層薄紗似的大氣，它對太陽內部的光卻是不透明的，太陽內部絕大部分波長的光線都無法穿透光球層的底層，我們也無法通過光球層看到太陽里邊的光線。這到底是為什么呢？

因為光球層的底部溫度約為5730°C，這里嚴重缺乏H?離子（氫負離子），H?離子的缺乏使得大氣更容易吸收光子。而我們所看到的太陽可見光，絕大部分是在光球層上部大氣中氫原子與電子反應生成H?離子時產生的，在這個區域大約有3%的氫氣被電離，從而產生了絕大部分的可見光。

光球層發射的可見光光譜，黑色為吸收線，表示相應波長的光被吸收

三、色球層產生其它波段的光。

色球層包裹在光球層之外，這里的大氣更稀薄，但溫度卻更高。在色球層與光球層交界處的溫度只有4230°C，但到了2000公里厚的色球層的頂端溫度卻上升到幾萬度。

由于色球層從低到高的溫差巨大，它也不像光球層那樣發出相對穩定的光。這是一個充滿著磁場的等離子體層，由于高溫等離子體流與磁場之間復雜的相互作用，這里經常爆發劇烈的太陽耀斑、日珥等現象，同時對外發射紫外、遠紫外、X射線，以及遠紅外區和射電波段的輻射。

太陽色球層、耀斑與日珥

四、日冕

太陽的日冕范圍很大，它從色球層的頂部一直向外延伸到幾倍太陽半徑的距離。這里的等離子氣體極其稀薄但溫度卻高達100萬度，因此日冕可以向外輻射低量的可見光、X射線、遠紫外、紫外輻射、還有一些射電輻射和高度電離的離子。

日冕物質噴發

總結：

通過本文的分析，你應該明白了，我們看到的太陽光其實并不是從太陽中心發出來的，太陽真正發光的地方是在它的大氣層上方。

太陽中心25%的半徑范圍內時刻都在發生核聚變，大量氫在聚變成氦的同時釋放出γ射線光子，這些光子攜帶著能量不斷地加熱太陽，熱量一層層向外輻射，從而使太陽的表面產生很高的溫度。

太陽的光球層的內層屏蔽內部光子向外發射，同時它的外層因氫的電離作用也在不斷地向外發射光子，這是絕大部分可見光產生的地方。

光球層上方的色球層和日冕有極高的溫度，這里的高溫等離子體向外輻射除γ射線外幾乎所有頻段的光。

所以，我們有了光。