太陽不是你想象，這個發光發熱的球，竟然是一個黑體

昨天寫了這篇《黑暗，隱藏著怎樣的秘密，讓科學家如此癡迷？（上） 》，原計劃今天寫中篇黑洞，但看了一個網友的評論，突然發現，這篇文章可能寫得不透徹，所以，決定今天做一下補充，幫助大家更好地理解黑體。

黑體光譜

前文提到，1862年，物理學家基爾霍夫假想了一種理想物體，以此作為熱輻射研究的標準物體，這種物體它能夠吸收外來的全部電磁輻射，并且不會有任何的反射與透射。既然黑體是物理學為了研究熱輻射而假想的標準物體，那么在現實中為了計量的需要，就要有這種能夠盡可能完美模擬理想黑體發射的裝置或者材料，這種材料真實存在嗎？

您別說，還真有。如果您是物理專業的，回憶一下熱學課本里面那個黑體的簡圖（下圖）。科學家通過化學侵蝕鎳磷合金腔體內表面的辦法，制造出一種超黑，它只能反射4‰的入射光。還有一種辦法是將碳納米管垂直排列在硅表面，這種材料可以吸收99.99%的入射光。

黑腔

【注意】黑體不一定是黑色的，盡管它不反射任何的電磁波，它也可以放出電磁波來，這些電磁波的波長和能量則全取決于黑體的溫度，不因其他因素而改變。

這里必須要說一下，就如本文題目中所說的那樣，太陽竟然是一個高度近似的黑體。下面我們就來說明一個這個現象：

很多天文學家在觀測中發現，有些恒星的連續光譜部分竟然和黑體的光譜幾乎一致。小伙伴們可以回頭翻看一下我去年寫的《新春科普：既能毀滅，也能創造，鐵元素的兩面性 》，里面介紹了恒星的分層結構。

我們在望遠鏡后面的分光鏡中看到的恒星光譜，實際上是這些恒星內部不同層次結構發射和吸收組合后的效果在恒星表面的綜合顯現。這種綜合后的效果，強加一個與內部不同層級關聯的黑體的組合。

在恒星深處，它的溫度更高，所以相對于外層，它發出的光更多，但吸收也更強。因此，每個層級的光譜必須乘以吸收率這個權重。而我們所看到的恒星光譜，實際上是所有層級基值的總和。從目前的觀測手段和觀測技術來說，沒有足夠的證據能證明恒星光譜的連續部分是與黑體相似的。

太陽可見光光譜

但太陽則不同，正因為我們距離太陽比較近，這使得我們可以“近距離”觀測太陽，同時，人類也向太陽附近發射了一些探測器。這些探測的結果都表明：我們接收到的太陽輻射的區域厚度約為500千米，這個區域叫做光球層。其厚度遠小于太陽半徑約6.96×10^5千米。因此光球層的溫度相對均勻。

光球的表面是氣態的，其平均密度只有水的幾億分之一，但由于它的厚度達500千米，所以光球層是不透明的（不能透射和反射電磁波）。

太陽光球就是我們平常所看到的太陽圓面，通常所說的太陽半徑也是指光球的半徑。光球層位于對流層之外，屬太陽大氣層中的最底層或最里層。我們接收到的太陽能量基本上是光球發出的。因此，太陽的光譜實際上就是光球的光譜。

由于A）光球層的溫度相對均勻；B)光球層不反射和透射電磁波；C）太陽光譜實際上就是光球層光譜，因此可以說，太陽光譜和黑體光譜有充分的近似性。這也是為什么我會說太陽是一個黑體的原因。

赫羅圖-橫坐標為光譜型

【擴展】在天文學中，常常把一顆恒星的溫度，定義為一個黑體輻射出與恒星光譜近似時候的溫度。按照這個恒星溫度定義，太陽的有效溫度為5770K（開爾文），即5500攝氏度。恒星溫度是確定恒星的溫度是天體物理學最重要的課題之一。光譜分類中的光譜型又常叫作溫度型。知道恒星的光譜型便可大致地估計出它的溫度。

如果沒有意外話題（主要是本文評論區是否有讓我有興趣的話題），下一篇文章的內容就是接《黑暗，隱藏著怎樣的秘密，讓科學家如此癡迷？（上） 》繼續寫黑暗科學有關的話題，跟您聊聊“越抹越黑”的物理學。

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