太陽(yáng)光到達(dá)地球需要多長(zhǎng)的時(shí)間？

(相關(guān)資料圖)

8分鐘，這可能是小學(xué)生都知道的常識(shí)，因?yàn)樘?yáng)與地球的平均距離約為14960萬(wàn)千米，而光的速度為每秒299792458米，這樣算下來(lái)就差不多需要8分鐘了。也就是說(shuō)我們此時(shí)此刻所見(jiàn)到的太陽(yáng)實(shí)際上是8分鐘以前的太陽(yáng)，如果太陽(yáng)在此時(shí)熄滅，那么我們也需要8分鐘以后才可以察覺(jué)。太陽(yáng)光到達(dá)地球需要8分鐘，這8分鐘是按照太陽(yáng)表面的光運(yùn)動(dòng)到地球所需的時(shí)間來(lái)進(jìn)行計(jì)算的，那如果從太陽(yáng)光產(chǎn)生算起，光需要多久才能夠來(lái)到地球呢？這時(shí)間可就長(zhǎng)了。太陽(yáng)光來(lái)自何處？來(lái)自于太陽(yáng)的核心，因?yàn)橹挥刑?yáng)的核心才有足夠的壓力和溫度誘發(fā)氫核聚變。

太陽(yáng)是一個(gè)半徑達(dá)到了695500千米的巨大恒星，不過(guò)對(duì)于光子來(lái)說(shuō)，這個(gè)半徑并不算很大，不需要3秒鐘就可以跑出來(lái)，但問(wèn)題沒(méi)有這么簡(jiǎn)單。

在太陽(yáng)核心誕生的光子并不能像在近乎于真空的宇宙中那樣毫無(wú)阻礙地向四周沖刺，太陽(yáng)是一顆密度約為每平方米1408千克的恒星，光子要想從太陽(yáng)的中心跑到表面來(lái)，會(huì)在太陽(yáng)內(nèi)部與各種分子發(fā)生碰撞，所以它不能像一道光束那樣徑直地跑出來(lái)，它只能以布朗運(yùn)動(dòng)的形式向太陽(yáng)表面擴(kuò)散，這可就要花些時(shí)間了，至于具體要花多少時(shí)間，我們還要從布朗運(yùn)動(dòng)本身說(shuō)起。

布朗運(yùn)動(dòng)指的的液體或氣體中的微粒所做的永不停歇的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。布朗運(yùn)動(dòng)的發(fā)現(xiàn)是非常早的，始于1827年，發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象的人并不是一位物理學(xué)家，而是英國(guó)的一位植物學(xué)家R·布朗。

作為一名植物學(xué)家，花粉是他的常規(guī)研究對(duì)象，一次，布朗將花粉撒在水中進(jìn)行觀測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了一件有趣的事情，那就是這些花粉一直在水里動(dòng)來(lái)動(dòng)去，布朗觀察了很久，水中的花粉也沒(méi)有停下來(lái)，于是布朗開(kāi)始思考其中的原因。最初，布朗將水杯放置在密閉的環(huán)境下觀察，結(jié)果運(yùn)動(dòng)依舊沒(méi)有停止，于是他排除了“空氣擾動(dòng)”的原因。既然不是空氣的原因，那就是花粉本身的原因，既然植物是有生命的，那么花粉可能也是有生命的？布朗猜想運(yùn)動(dòng)可能是花粉的一種主動(dòng)行為。

這一次，布朗將花粉炒熟了，重新撒入水中，結(jié)果花粉還是動(dòng)。

布朗又想，既然不是花粉的問(wèn)題，那就是水里有東西，對(duì)，水里有微生物，于是布朗又將花粉撒入酒精和煤油之中，結(jié)果花粉還是動(dòng)。這一下布朗蒙了，最終他給出了一個(gè)這樣的結(jié)論：“活性分子廣泛存在于各種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物中”，翻譯一下，這句話的意思就是說(shuō)生命到處都是，不管酒精還是煤油，里面都存在生命。顯然布朗的結(jié)論是不對(duì)的。在過(guò)了將近一個(gè)世紀(jì)之后，人們意識(shí)到了分子和原子的存在，于是終于揭開(kāi)了布朗運(yùn)動(dòng)的謎底。

不管是氣體、液體還是固體，所有的物質(zhì)都是由分子或原子所組成的，而分子和原子始終處于運(yùn)動(dòng)之中。

既然分子在運(yùn)動(dòng)，而水是由水分子所構(gòu)成的，所以水分子在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中就必然會(huì)撞擊其中的大顆粒物質(zhì)，比如花粉，所以花粉也就動(dòng)了起來(lái)。由于水分子的運(yùn)動(dòng)本身就是隨機(jī)的，所以花粉的運(yùn)動(dòng)也就呈現(xiàn)出了隨機(jī)的態(tài)勢(shì)。此外，由于溫度的本質(zhì)就是運(yùn)動(dòng)，溫度越高的物體，其內(nèi)部分子的運(yùn)動(dòng)速度就越快，所以花粉在熱水中就比在冷水中動(dòng)得更快。至此，布朗運(yùn)動(dòng)的謎題終于被解開(kāi)了。布朗運(yùn)動(dòng)本身是一種隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，那么以布朗運(yùn)動(dòng)形式在太陽(yáng)內(nèi)部擴(kuò)散的光子，從中心到達(dá)太陽(yáng)表面的時(shí)間能夠計(jì)算出來(lái)嗎？能。

太陽(yáng)內(nèi)部的光子以布朗運(yùn)動(dòng)形式向外擴(kuò)散的距離涉及到三個(gè)關(guān)鍵因素，一是光子運(yùn)動(dòng)的速度，二是擴(kuò)散時(shí)間，三是平均自由程。

其中平均自由程指的就是分子相鄰兩次碰撞之間的平均距離。具體到太陽(yáng)，光子從中心擴(kuò)散到太陽(yáng)表面的距離是已知的，就是太陽(yáng)的半徑，即695500千米，光子運(yùn)動(dòng)的速度也是已知的，就是光速，即每秒299792458米。至于太陽(yáng)內(nèi)部光子運(yùn)動(dòng)的平均自由程嘛，雖然沒(méi)有確切的數(shù)據(jù)，但科學(xué)家估計(jì)大概在0.01毫米左右。有了這三個(gè)已知量，就可以計(jì)算出光子從中心運(yùn)動(dòng)到表面所需的時(shí)間了，就是用太陽(yáng)半徑除以光速和平均自由程的乘積，結(jié)果大概是500萬(wàn)年。也就是說(shuō)，照射在我們身上的光子是來(lái)自于500萬(wàn)年以前的。

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標(biāo)簽： 布朗運(yùn)動(dòng) 太陽(yáng)內(nèi)部 平均自由程