“太阳是一团炽热的等离子体,一座巨大的核熔炉,氢在太阳的核心被聚变成氦,释放出巨大的能量。”
这段话已经在我们的心中根深蒂固,以至于我们很难想想,就在100年前,我们还不知道太阳是由什么构成的!所以我们知道这一切的时间并不长!
事实上构成太阳的元素和地球的基本相同!地球上有什么太阳里就有什么?几乎一样,我这里说的是种类!是不是觉得这个说法有点荒谬,请看以下的证据:
不同的元素有自己的特征谱线(发射线和吸收线)
我们都知道元素周期表上的每一个元素都有一个特征谱线。当原子被加热后,原子会处于激发态,在电子跃迁回低能态时,会产生特定的发射谱线。当光照射到原子时,原子也会吸收于发射谱线相同波长的吸收线。如果我们观察太阳光中所有单个波长的光,我们就可以通过光谱中的吸收特性找出太阳最外层的元素。
这种技术被称为光谱学,即把物体发出的光分解成不同的波长,以便进一步研究。
太阳光谱中吸收线的强度由什么决定
上图就是太阳的连续光谱,中间的暗线就是太阳光谱中的吸收线,基本上,与我们在地球上发现的元素是一样的。但有些吸收线非常窄,有些吸收线非常非常深,而且非常强。仔细观察可见光谱中最强的吸收线,其波长为6563。1等于10^(-10)m。
那么是什么决定了吸收线的强度?事实证明有两个因素:
其中之一是,元素越多,吸收线就越强。这个特定的波长6563 等于即纳米的十分之一,对应一条氢谱线。但要正确理解吸收线的强度,还必须了解第二个因素:原子的电离水平。
不同的原子会在不同的能量下失去一个电子(或多个电子)。因此,不同的元素不仅各自有一个与之相关的特征光谱,而同一种原子还可以存在许多不同的电离状态(缺少一个、两个或三个电子,等等),这些不同电离状态下的原子都有自己独特的光谱!
因为能量是决定原子电离状态的唯一因素,这就意味着不同的温度会导致不同的相对电离水平,因此,同一种原子就会出现不同的相对吸收水平!
根据黑体辐射,恒星的颜色,我们就可以确定恒星的温度
当我们在夜空中观察恒星时,我们很容易就能看出来,它们有很多种不同的类型。
很明显,夜空中的恒星有着截然不同的颜色,这告诉我们,至少在恒星的表面,彼此之间的温度相差极大!根据黑体辐射,当我们看到不同颜色的恒星时,我们就能知道恒星之间的温差:蓝色的恒星温度更高,红色的恒星温度更低。
根据恒星的光谱类型我们可以对恒星进行分类,一边是最热、最蓝色的恒星为O型恒星),另一边是最小、最红的恒星为M型恒星。
如果我们只按照温度对恒星进行分类,你可能会认为顺序应该是“ABCDEFG”而不是“OBAFGKM”,对吧?
所以这个分类不仅包含了恒星的光谱类型,还包含了恒星中吸收谱线的相对强度。
恒星的吸收谱线会随着温度的变化,出现和消失,这是因为完全电离的原子不会吸收任何光线!当测量一颗恒星的吸收线时,我们就需要知道恒星的温度是多少,以及原子的电离程度,这样才能正确地得出恒星里面元素的相对丰度是多少,这是个很复杂的过程!
综上的一些特性,我们就可以知道太阳是由什么组成的?以及元素的丰度
现在我们回到太阳的光谱,我们了解了不同原子的吸收光谱,以及原子的电离特性,我们就可以知道太阳是有什么组成的!
事实上,在太阳上发现的元素种类和在地球上发现的元素种类几乎是一样的,太阳的光谱中有不同元素的特定吸收谱线!但是最大的不同是,太阳中的氦和氢比地球上丰富的多。氦在太阳上的含量是地球上的几千倍,氢在太阳上的含量大约是地球上的100万倍。
吸收线的强度与恒星的温度以及已知原子的电离特性结合在一起,我们就会得出一个结论:太阳主要由氢构成!