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目前公認宇宙中會發光的星球是恆星,恆星向外界輻射產生熱和光,這種光的來源是恆星內部的核聚變,雖然不同星球的聚變形式不同,但是基本的原理都是“核動力”。為什麼宇宙中的行星甚至星雲都帶有光呢?因為天文望遠鏡本質上還是一種光的“接收器”,所以它能看到的一切都是會“發光”的,只不過它們發出的光是反射恆星的光。任何物體都是會反光的星雲亦是如此,只是根據不同物質的特性反光程度不一樣罷了!
那麼光的源頭究竟在哪裡呢?偉大的英國科學家“麥克斯韋”發現:光是一種可以看到的特殊波長電磁波,我們現在知道光也是一種粒子,物理學上把所有正在製造特殊波長電磁波的物體都稱為“光源”,這就是光的源頭了。究竟是如何產生這一段特殊波長的電磁波的呢?
光的產生方式可分為三大類,而且並不一定是天體產生的:
第一類、恆星向外輻射能量:恆星在核聚變過程中不斷釋放物質內能,由於恆星周圍的宇宙空間都很寒冷,這就為熱輻射創造了條件,在輻射過程中光就產生了,恆星會發光都是源於此,這個很好理解。
第二類、原子躍遷發光:構成發光物的原子在獲得額外的能量之後,它周圍的電子會因為這股能量而變得活躍起來,也就是加速作用。就像衛星加速之後會逐漸遠離行星一樣,電子在遠離原子的過程中會釋放出能量,由此發出光來。相反的,如果電子減速它就會靠近原子,這個過程也會釋放能量進而發光,這些過程就是原子躍遷發光,說白了還是物質內能的一種釋放,雖然不是天體上進行的。
(以上是不同氣體原子躍遷發出的光芒,是不是很常見呢?)
第三類、帶電粒子加速運動發光:這個很神奇,帶電的粒子高速運動也能產生光來,核反應堆裡每時每刻都在人工控制下進行核變,這期間就有帶電粒子的運動,因此能看到一種淡藍色光芒,這既是帶電粒子高速運動釋放出來的能量;一些粒子加速試驗中也有類似現象發生,其實也是一種物質釋放內能的過程。這種方式發出的光和宇宙天體也沒有關係。
因此說,光的源頭其實是原子釋放內能的活動,核聚變也好、帶電粒子運動發光也罷,再包括原子躍遷發光等等都是物質內能的釋放。
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我們夜晚能夠在天上看到很多的星星在發光,這些所謂的星星中有衛星,有行星,但是更多的是恆星,他們能夠發光的原理是各不相同的。
首先我們說衛星和行星。這些天體本身不會發光,而是靠太陽的反光來發亮。這些天體離地球大多是比較近的,比如說月亮,就應該是我們在夜晚能夠看到的最亮的天體了。再比如說著名的“太白星”,就是太陽系中的金星,這也是一顆行星。而衛星和行星之所以能夠發光,主要是來源於太陽的反光(如下圖所示)。
所以這些光的源頭是太陽。當然了,宇宙中還有無數個類似於太陽系的恆星-行星系統,這些系統中的行星、衛星也是靠這樣的原理髮光的,只是對於太陽系外的行星、衛星,他們依靠發光發出的光亮太弱了,地球上的人類幾乎看不到。
然後我們說恆星。這些恆星基本上都是自身在發光的,依靠的是恆星內部發生的劇烈的核聚變反應。比如說我們天天能夠看到的太陽,這就是一顆很典型的恆星,透過內部發生的核聚變反應,放出大量的光和熱。宇宙中的恆星大部分是依靠類似的核聚變反應來發光的,當然了,因為恆星的質量、身處的發展階段不一樣,不同的恆星內部的核反應還有一些區別。比如說太陽內部的核反應是氫元素直接聚變成氦元素,又稱質子-質子反應【如下圖所示】,而一些比較大的恆星內部發生的是碳氮迴圈,等等,各不相同。
最後,還有一些特殊的天體,會憑藉特殊的方式發光。根據推測,光雖然進入黑洞就再也出不來了,但是黑洞也是有可能“發光”的。簡單來說,就是在黑洞引力的作用下,黑洞背後的天體發出的光會被扭曲,從而讓黑洞看起來在“發光”——這就是引力透鏡的作用。而且由於黑洞周圍的引力分佈非常複雜,所以黑洞依靠“引力透鏡”而發出的光的形狀會很特別。
比如說著名的科幻電影《星際穿越》中就描述了這種透過扭曲其他星體的光線而“發光”的黑洞,如下圖所示。這可不是導演一拍腦袋想出來的黑洞形狀,而是真正科學家根據黑洞模型計算出來的。