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太阳外层大气温度高达100万摄氏度,却融化不了钢铁,怎么回事?

天空中看起来大小和月亮一样的太阳,它发出的光和热却能够影响地球的气候环境和生命。不是因为太阳太渺小,而是因为我们离它太遥远了。

太阳其实就是一个悬浮在宇宙空间中的大火球,准确来说是一个巨大的等离子体火球,它依靠核聚变向宇宙空间辐射出光和热,它每一秒钟释放出来的能量都远超人类一年所消耗能量的总和。

在强大的重力作用下,太阳核心区的压强极高,温度高达1500万摄氏度,这里便是太阳内部发生核聚变反应的区域,太阳向外界辐射出的所有能量几乎都源自于此。这是天然存在的可控核聚变反应堆。

从太阳核心区向外,依次会穿过厚厚的辐射区和对流区,最终抵达太阳表面。太阳表面指的就是太阳外部那个厚度约500公里的光球层,太阳黑子就诞生于此,这一层的温度即太阳表面的温度大约5500摄氏度。

令人匪夷所思的是太阳外层大气,也就是日冕层的温度最高竟然能够达到500万摄氏度以上。太阳风就诞生于日冕层,日冕层差不多就相当于地球表面的大气层,可它的温度居然比太阳表面的温度还高得多,这太令人难以置信了。

离太阳核心区甚远的日冕层的温度为什么这么高?这个问题困扰了科学家几十年,目前尚没有定论。其中有的科学家认为,这或许是太阳强大的磁场,在局部发生磁力线断开并重联,即磁重联现象时,加热了太阳外部的大气,从而产生了如此强大的高温。

如此高的温度,钢铁都能融化,竟然有人说这块区域虽然温度看起来很高,实际上却很冷,甚至有可能冻死人,这是为什么?

按常理来说,上百万度的高温,任何物质都难以承受。不过,光考虑温度是不对的,还需要考虑到其他因素。

要想融化一块钢铁,不管是通过热传导还是热辐射传热,都必须要传递给它足够融化它的热量才行。在热量转移过程中,温度的高低,则决定着热量传递的方向。热量总是从温度高的区域流向温度低的区域。

日冕层内上百万摄氏度的高温,不能融化位于其中的钢铁,是因为日冕层的物质密度太稀薄了,周围的物质无法向它传递足够的热量。其实就算日冕层的物质不断向钢铁传递热量,也没有办法融化它,因为钢铁在吸收热量的同时也会不断向外界辐射热量。

太阳表面以上200万公里以内的日冕层,被叫做内冕,在这之外是外冕。外冕没有确切的边界,可向外延伸至地球公转轨道之外。

内冕的物质密度虽然比外冕稍微大一些, 但它的密度也不及地球大气密度的十亿分之一,那里的粒子密度约为10^15颗每立方米。说实话,这几乎与真空无异,也难怪有人说日冕层里甚至有可能会冻死人。

日冕层的物质密度如此稀薄,恐怕就算温度达到了上千万摄氏度,也无法融化钢铁吧!

美国宇航局(NASA)发射于2018年的帕克太阳探测器,在2021年越过了阿尔文临界面进入了太阳大气层,成为了首个进入太阳大气层的人类探测器。

帕克探测器离太阳表面最近时仅600多万公里,如此近的距离,探测器能够安然无恙,除了它拥有一个能够承受1400摄氏度高温被用来阻挡太阳热辐射的碳复合外衣,更为重要的是日冕层上百万度的高温并不可怕,真正可怕的是太阳的热辐射。

要想深入理解这种看似反常的现象,就必须要弄明白温度的定义。温度是一个用来衡量冷热的物理学概念,表现的是大量粒子的平均动能,或者大量粒子热运动的剧烈程度,具有统计学属性。

当空间内的粒子密度极其稀薄时,虽然粒子的动能极大,表现出的温度数值极高,却很难将热量传递,把物体加热到很高的温度。

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