太阳有多热？人类还没完全搞清楚原因

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翻译：马啸然

校对：牧夫天文校对组

后台：胡永葳

责任编辑：毛明远

原文发布于space.com

GPT4生成的摘要：

太阳，这颗巨大的气态恒星，对地球生命的存在至关重要。然而太阳的温度究竟有多高？太阳的温度范围覆盖从核心的1500万摄氏度到表面的5500摄氏度。太阳能量的来源是其核心的氢原子通过核聚变产生氦，同时释放大量能量，这使得太阳核心的温度能够维持1500万摄氏度。位于太阳核心外的辐射带，其温度从700万摄氏度到200万摄氏度不等。

辐射带之外是对流带，其温度约为200万摄氏度，由热等离子体气泡通过对流方式将热量传送到太阳表面。太阳大气层包括光球层、色球层和日冕，其温度各异。光球层的温度可以达到5500摄氏度，而太阳黑子的温度可以低至3000到4500摄氏度。色球层位于光球层之上，其温度从6000摄氏度降至4000摄氏度。最后是日冕，它的温度高达100万到200万摄氏度，这个异常高的温度迄今仍是科学界的一大疑团。

加州大学伯克利分校空间科学实验室的太阳研究员黄佳认为，太阳的温度变化与其能量的生成、传输和消散有关。太阳的最高温度出现在核心，这是由于持续的核聚变过程产生了能量。帕克太阳探测器，于2018年发射，正在既定轨道对太阳进行观测，以期解答为何日冕的温度高于光球层这个问题。

恒星的温度与其大小和颜色有关。例如，最热的恒星是蓝色的O型和B型，其温度可以达到25000K，而最冷的M型红色恒星的温度则低至3000K。位于这两者之间的是白色和黄色恒星，比如太阳，其温度约为6000K。

太阳有多热？太阳的温度在每一层之间有很大的差异(Image credit: Xurzon via Getty Images)

太阳各层结构及温度(Image credit: Sina)

太阳的温度在大气的每一层之间都有所不同(Image credit: NASA/SDO)

美国宇航局的帕克太阳探测器于2018年8月12日发射，执行研究太阳的任务。(Image credit: NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben)

全文

没有这颗巨大的炽热气态恒星，地球上的生命就无法存在。但太阳究竟有多热呢？这个要看情况而定。

根据NASA的数据，太阳的温度范围覆盖从核心处的大约1500万摄氏度到表面的约5500摄氏度。

NASA称，太阳每一百五十万分之一秒所释放的能量比人类整整一年消耗的能量还要多。在本篇文章中，我们将探究太阳不同层的温度到底有多高，以及他们的温度为何会有如此大的差异。

太阳能量到底从何而来?

太阳主要由气体和等离子体构成。其中92%的气体是氢。如果太阳体积比现在更小一些，那它可能会更类似于木星，只是一个巨大的“氢球”。根据NASA的说法，太阳核心的氢由于强大的引力而紧密聚集，产生了可观的高压。这种压力如此之高，以至于当氢原子以足够的力量相撞时，它们会通过一种叫做核聚变的过程创造出一种新的元素 —— 氦。

持续的核聚变使能量积聚，这让太阳的核心温度达到大约1500万摄氏度。然后，能量向外辐射到太阳的表面、大气层以及更远的地方。

辐射带温度

太阳核心外的辐射区，温度从靠近核心的700万摄氏度到辐射带外层的200万摄氏度不等。这一层没有热对流发生。相反，热量是通过热辐射进行传输的，即氢和氦发射的光子会先行进一段距离，然后被其他离子重新吸收。光粒子（光子）可能需要数千年才能穿过这层，最终到达太阳表面。

对流带温度

辐射带之外是太阳的对流区，其延伸范围约为20万千米。对流带的温度约为200万摄氏度。这一层的等离子体以对流运动方式移动 —— 就像沸腾的水一样 —— 热的等离子体气泡将热量传送到太阳表面。

太阳大气层：光球层、色球层和日冕温度

太阳大气层的温度在各层之间也有很大的差异。光球层的温度可以达到大约5500摄氏度。就是在这里，我们接收到了太阳辐射的可见光。光球层上有时会出现看起来更暗的太阳黑子，这是黑子比太阳表面的其他部分温度更低造成的。根据大气研究大学联盟（University Corporation of Atmospheric Research, UCAR）的数据，太阳黑子的温度可以低至3000到4500摄氏度。

色球层位于光球层之上，温度从靠近光球层的大约6000摄氏度到几百千米之外的大约4000摄氏度不等。

现在让我们来看看一些比较奇特的事情。在色球层之上是日冕——太阳大气的最外层。太阳的日冕在我们看到的太阳表面（光球层）之上延伸数千公里。我们靠直觉很容易会认为由于日冕离产生热量的核心最远，这里的温度理应是最低的，但事实并非如此。

太阳的日冕的温度可以达到约100万到200万摄氏度，比光球层高出500倍。但为什么太阳的上层大气会比表面更热呢？这是一个好问题，科学家们对此也相当困扰。人们对于加热日冕的能量来源有一些不同猜测，但还没有得出确定的结论。

专家解答有关太阳温度常见问题

我们向加州大学伯克利分校空间科学实验室的太阳研究员黄佳提出了一些关于太阳温度的常见问题。

我们如何知道太阳的温度？

我们有两种方式得到太阳的温度：理论和观测。从理论上，我们可以考虑太阳各层的底层物理过程，从而估计它们的温度。

从观测上，我们可以直接测量光球层以上的层次（包括光球层、色球层、过渡区和日冕）的温度，方法是使用望远镜（我们可以根据光谱数据推导出温度）或者使用航天器上搭载的仪器（这种方法只适用于帕克太阳探测器进入太阳日冕时）。

为什么太阳的温度会有如此大的变化？

太阳的温度与能量的生成、传输和消散有关。发生在太阳各层的不同物理过程导致了能量的大幅度波动，从而形成了我们在太阳中观察到的巨大温度范围。

太阳的温度最高的地方在哪里？

太阳的核心温度最高，大约为1000万开尔文，这是由于不断的热核聚变过程产生了太阳所依赖的能量。总的来说，温度从核心到光球层逐渐降低，然后到日冕又开始升高；然而，日冕异常高的温度（约100万开尔文）仍是一个谜。有些同事风趣地把太阳比作炸冰淇淋，从而表示太阳的日冕比太阳的表面更热，但这并不十分准确，因为太阳的核心才是最热的地方。

帕克太阳探测器

帕克太阳探测器于2018年8月发射，目前正在既定轨道观测着太阳。任务的目的之一是研究为什么日冕的温度高于光球层，这一现象与恒星动力模型相违背。

该探测器飞越太阳的大气，承受着炽热的高温，经常靠近至离太阳表面仅61万千米的距离。在此过程中，它将收集日冕和太阳风的重要观测数据，同时也会拍摄太阳的照片。

根据NASA的帕克太阳探测器网页，2021年该探测器成为人类制造的速度最快的飞行器，以692,018千米/小时的速度飞越太阳。当它距离太阳最近时，帕克太阳探测器的速度达到了700,000千米/小时。

太阳的温度与其他恒星比起来如何？

恒星的大小颜色各异，它们的温度也理应不同。天文学家可以通过恒星的颜色或光谱类型来判断其温度。

恒星有7种光谱类型，由字母O、B、A、F、G、K和M表示。最热的恒星是O型和B型，它们主要发出蓝光，且其光线中有含有大量的紫外光。M型恒星是最冷的类型，它们主要发出红光，同时也发射大量的红外光。

蓝色恒星的表面温度估计可以达到25,000K左右，而红色恒星的温度则低得多，大约在3,000 K。在这两者之间的白色恒星温度大约在10,000 K，黄色恒星(如太阳)为6,000 K，还包括有温度在4,000 K左右的更冷的橙色恒星。

ps：

本周活动预告，美东时间2023年5月24日下午五点开始，华盛顿特区国家广场近美国国家航空航天博物馆北门对面的草坪上，美洲牧夫天文学会主办，新未名律所协办大型免费路边天文观测活动，观看金星与新月。详细信息请见第二条视频。

友情提醒，可以带上野餐垫，防蚊喷雾，外套。‍‍‍‍

『天文湿刻』 牧夫出品

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图片来源: memedroid

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