恒星结构与核能
辐射能量输运
/ RAY-dee-uh-tiv /
能量在恒星核心诞生,必须设法抵达表面,才能作为星光逃逸出去。它前行的两条途径之一是辐射——也就是以光本身的形式,由光子把能量一路向外传递。但恒星内部绝非清澈:它是一片由带电粒子组成的浓雾,所以光子无法笔直飞出。它只能被吸收、再发射,一次又一次,以缓慢踉跄的随机游走向外飘移。辐射能量输运,指的就是这种由光携带、穿过恒星浓雾的能量泄漏。
由于气体如此不透明,这段旅程慢得惊人。在太阳核心诞生的一个光子,平均只飞行不到一厘米就被吸收,随即又朝随机的新方向被重新发射出去。最终结果是:能量从核心渗到表面要花上数万年,许多估计在 10^4 到 10^5 年量级——尽管它一旦终于逃出,光线只需八分多钟就能跨过一亿五千万公里到达地球。每当温度随深度下降得足够平缓、使这种光子扩散能担起负荷时,热量便以辐射的方式向外流动。
辐射输运在气体相对透明、温度梯度平缓之处占主导——对太阳而言,那就是介于聚变核心与沸腾外层之间宽广的中部“辐射区”。辐射搬运能量的效率,关键取决于气体的不透明度:气体越雾蒙,辐射越难胜任;到某个程度,恒星便放弃辐射而开始沸腾,转而采用对流。
今天下午晒暖你脸庞的阳光,从某种意义上说,是几万年前——猛犸象还在大地上漫游的时候——在太阳核心里产生的,直到刚刚才结束它向表面缓慢踉跄的跋涉,再用八分钟冲刺到地球。这趟旅程中漫长的那一段,就是辐射输运。
能量靠辐射用上千年才爬出太阳,随后只用几分钟便奔向地球。
“数千年”这个数字是光子扩散时间,本身就有很大的不确定性;它是一场缓慢的随机游走,而非固定的延迟。而且出来的光子并不是当初出发的那些光子——传出的是能量,而非原封不动的同一批光子。
又称
另见