行业新闻

太阳光的色彩是什么?

2023-12-01 阅读次数:

  人眼拥有两种差异的感受器:视杆和视锥细胞。寻常而言,视杆细胞更为敏锐少许,但它们只可显现口舌图像,视锥细胞次之,但却能显现彩色视觉。当光级度不敷巨大到激勉视锥细胞时,视觉就会以视杆细胞为主导,这也是为什么咱们看月光老是白色的。然而当光度足够时,因为视锥细胞对与可见光波段的450nm~650nm的光(Eyes Response to Light)斗劲敏锐,是以咱们基础上得以窥见奼紫嫣红的宇宙。当然了,我无法感知你眼中的蓝是否与我见到的一律太阳光。可是,对大家半人来说,橙色的斜阳简直是民多对美景的共鸣了:

  图片来自sunset - 必应 images正在我的中二时期的追思里,太阳宛若不断是橙色或者白色的,权且也兼职一下黄色,直到高中的物理教师告诉咱们,有一种地步叫做瑞利散射Rayleigh scattering)。瑞散是半径比光或者其他电磁辐射波长幼良多的颗粒对入射光的散射,个中,散射的光强与入射光的波长4次方成反比:

  图片摘自Rayleigh scattering从上图中可能看出,由于蓝光的波是非,瑞利散射的强度和比例就高,以是被散射的蓝光充满颗总共天空,使得天空显现蓝色。假设正在正午的话,咱们更多的看到太阳的直射光而不是散射光,以是或许咱们看到更多是亲近阳光的本色——白色(红黄色光与蓝绿色光的同化)。假设是正在日落时分,太阳正在地平线相近,此时的阳光正在大气中的光程相对较长:

  (图片物体比例失调,请轻视)多量的直射光中的蓝色光被散射掉了,留下不如何蓝不如何绿的橙赤色。第二一面——太阳黄那么黄色,是如何回事?别急,逐渐来。太阳的中心温度可抵达15000000K,然而咱们无法望见那里的辉煌太阳光,由于实质上太阳是不透后的。正在内部发射的光子不到一厘米的区间就会被“重罗致”,以是内部的光子要摆脱抵达表表起码需求4000年的时代(注意企图看NASA IMAGE satellite,Ask the Space Scientist Archive)。太阳的表层温度要更低,由于那里的密度更低,不发作聚变反响。跟着间隔往表添加,温度逐步的下降,直到表表的温度(光球层约莫5000K操纵)足够低到人眼能看到其对应的可见光区。而这即是太阳的视正在色彩或者说表观色彩(apparel color,color: Apparent Color of Objects)。太阳的视正在色彩由峰值波长定夺,而峰值波长又是由其光球层温度定夺的:

  上图可能分明看出,咱们的太阳光,它的黄色一面拥有最高的峰值(功率密度),是以有时咱们也会看到黄光,可是因为与其他可见光段的光强度分歧不是特地大,是以太阳光是各样可见光的组合——白光。然而,假设一颗绝顶绝顶热的恒星,你会看到它蓝色光波段(峰值波段)的强度分明高于其他波段,是以它的辉煌看上去是蓝色的。而一颗相对较冷的恒星,它的波峰显示正在红光波段,是以辉煌是赤色的。比如船底座伊塔星和参宿4:

  图片摘自《How the universe works》当然了,假设没有大气,没有散射,总共天空的布景就会绝顶阴浸,你看到的阳光即是其视正在色彩,感触一下国际空间站上的日出:

  第三一面——太阳的差异光景然而,好奇的你要问了,这张熟习的照片是从哪里来的捏:

  图片摘自nasa.gov/mission_pages/soho/index.html这四张图片分歧对应差异波长的光:17.1nm、19.5nm、28.4nm和30.4nm。因为人眼能识其余波长概略正在380nm到750nm之间,是以咱们并不行真正辨出EIT照片里的荣耀,以是咱们实质上看到的赐与的“假色”。EIT的样片平寻常赤色、蓝色、绿色和黄色的。而之是以EIT行使这些波长,是由于它们对应于电离的铁和氦所发出的波长。如许做的主意是,解释EIT能搜捕到寻常境况下由于被光球层可见光所笼统或者遮挡的日冕的注意消息。当然,除了SOHO的搜捕表,另有来自太阳动力学观测卫星(Solar Dynamics Observatory,简称SDO) 的照片:

  图片摘自这些奼紫嫣红的太阳照来自于SDO的大气成像组件(Atmospheric Imaging Assembly,简称AIA)。该仪器可拍摄高时代与空间区分率的无缺太阳盘面的数个差异波长紫表线和极紫表线影像。仪器内有四个各自独立操作的千里镜,由史密松天体物理台安排。摘自Solar Dynamics Observatory下面临照片一个一个解说:HMI Dopplergram绘造的是太阳表表光球层的速率,暗区代表朝向咱们,亮区代表远离咱们(Explanation of Dopplergrams);HMI Magnetogram绘造的是太阳表表的磁场图形,玄色展现磁感线远离地球,白色展现磁感线指向咱们;HMI Continuum供应的是光球层的可见光图像;AIA 1700Å行使的是紫表贯串谱,闪现的是太阳的表层以及色球层的图像,代表温度正在4500K;AIA 4500Å行使时白光贯串谱,闪现的是太阳光球层温度为6000K的图像;AIA 1600Å对应的波长对碳-4的,代表温度为10000K。拍摄的是上光球层与过渡区(正在色球层和日冕之间)的同化图,从这块区域先河温度快速升高;AIA 304Å对应的波长为氦-2的,代表温度是50000K。这里的光来自色球层和过渡区,平凡用赤色展现;AIA 171Å对应的波长为铁-9的,代表温度是60000K。这个波段对应安闲日冕和冕环的光,平凡用金色展现;AIA 193Å对应的波长为温度1000000K的铁-12和温度20000000K的铁-24.。前者代表日冕的微热区,后者代表太阳耀斑中的重热物质。这个波段的光色彩平凡用棕色展现;AIA 212Å对应的波长为温度2000000K的铁-14。展现的是日冕中更热、磁场更为活动的区域。这个波段的光色彩平凡用紫色展现;AIA 335Å对应的波长为温度2500000K的铁-16太阳光的色彩是什么?。展现的同样是日冕中更热、磁场更为活动的区域。只是用蓝色展现;AIA 94Å对应的波长为温度6000000K的铁-18。展现的是太阳耀斑岁月冕热区。这个波段的光色彩平凡用绿色展现;AIA 131Å对应的波长为温度凌驾10000000K的铁-23和铁-24。代表了太阳耀斑中的物质。这个波段的光色彩平凡用青色展现。假设再把波长段拓宽呢,假设行使红表千里镜观测呢:

  通过差异对差异电磁波段敏锐的千里镜,你能看到纷歧律的“色彩消息”的太阳。第四一面——太空中的火焰说到这里,减少一下,民多领略正在太空中零重力下的火焰是什么样的吗?看过影戏《地心引力》的民多该当都熟习桑德拉布洛克被团状火焰追赶的场景,是以灵活的你必然领略:

  图片摘自右边阿谁即是零重力下的火焰燃烧境况,这个实行是正在太空中一个密闭的含氧的容器中实行的,NASA特意还实行了Flame Extinguishment Experiment(FLEX)实行来酌量微重力场的火焰“燃烧”机造。这里借用绝顶心爱的youtube的DNews频道()的纯粹解说:正在地球上,火焰燃烧后,就加热它四周的氛围,使得某一块特定区域的氛围密度下降。这块区域里的氛围相对的向高尚动,由于引力会把更冷、密度更大的氛围向下拉,酿成咱们看到的形状。由于氧气和重力的存正在,火焰正在地球上得以保护上述的经过,消磨氧气——低密度氛围上升——冷重氛围下浸——无间消磨簇新氧气:

  图片摘自Why flames are yellow and blue + microgravity同时密度更大的气体没法下浸,是以它就会呆正在那里,使得咱们看到团状的火焰。最终逐渐的,火焰就被己方爆发的二氧化碳给呛死了。至于为什么是蓝色的火焰?——说真话,这个真难到我了。火焰的色彩受到愈多成分的影响,最主要的几个即是黑体辐射、谱带发射、谱线发射和谱线罗致。最常见的火焰,例如碳氢化合物的火焰,色彩的最主要定夺成分是氧气的供应量和氧气—燃料的预混水平,后者直接定夺了燃烧(Combustion)的速度、温度和反响旅途,从而爆发差异的色调。正在寻常的重力境况下,本生灯(Bunsen burner)的燃耗火焰是黄色的,温度概略正在1000摄氏度。这是由于碳分子的白炽地步(不是庸才):它是热辐射的一个奇特情景。表面上,一个所有阴浸的物体,经由施加能量,将会放射出电磁辐射,这被称为黑体辐射,它的光谱可能由普朗克定理得知。一个黑体或许辐射出的总功率,可能由斯特藩-玻尔兹曼定律企图出来。由维恩位移定律则可能得知它所发射电磁辐射的波长。假设这个波长,落正在的边界内,就会显示白炽地步。摘自Incandescence由于绝顶精采的煤烟颗粒(Soot)所爆发的白炽状况,火焰呈黄色。然而当氧气供应不休添加,拥有黑体辐射的煤烟颗粒爆发的就越来越少,由于一个愈加所有的燃耗反响显示了,而这个反响有爆发了足够的能量来激勉并电离火焰中的气体分子,导致了蓝色的显示,看下图:

  图片摘自Flame一个预混优秀所有燃烧的火焰,个中受到激勉的分子基团,他们的发射光谱带都正在565nm以下,这块区域即是属于可见光谱的蓝色和绿。正在微重力场中,前面也说了,天然对流拖拉就磨灭了,火焰球状扩散,以是火焰的氧气供应和燃料的蒸发受控于更慢的次序——分子扩散,是以有相对合理的料到(NASA Quest Space Team Onlinentrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/.pdf)说是此时的温度分散愈加的匀称,以致于所有燃烧发作导致煤烟粒子无法酿成,以是显现蓝色。第五一面——周边灰暗那么为什么有的火焰看上去,边沿要更亮而内部反而要更暗呢,像如许:

  图片来自v=ur0fATmsVoc莫非该当是内部最亮吗?内部该当是是炽烈的燃烧气体啊。这里借用另一个绝顶心爱的youtube频道《MinutePhysics》的诠释:v=ur0fATmsVoc太阳的内部就口舌常明亮的,越往边沿越暗越红:

  太阳的内部更热,越往表温度越低。其次,越热的物质发出越亮越黄的光,就像烫热的拔火棍:

  第三,假设你看向一个球体的边沿,你需求把视线放的更深才智抵达你从中央往里看的深度:

  假设这个球体向咱们的太阳一律不是透后的,那么当你看向边沿的光阴,你看不了多深视线就会被造止了:

  是以当你从太阳的中央往里看的光阴,你能看到更深的地方——高温气体发出亮黄的光,而当你看像太阳的边沿时,你只可看到更薄的、更冷的气体——发出更暗、更红的光:

  这个地步失常过来,就可能解说为什么有些火焰的边沿更亮、中央更暗。这些火焰的表表分明要更热更亮少许,这是由于正在表表氧气和燃料的同化水平更好,是以与直接从中央看比拟,当你看向边沿时,咱们的视线就能穿过更多的发射亮光的高温气体: