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太陽距地球是一個天文單位的距離,也就是1.5億km,在天文學中,把日地距離1.5億km稱為一個天文單位,簡稱1AU。

那麼太陽距離地球如此遙遠,我們是怎麼知道他的表面溫度是接近6000℃的?這又是怎麼做到的?這篇文章我們就來談談,遙遠天體的溫度是如何測量的。

我們知道任何物體,只要它的溫度是高於絕對0度,它就會向外輻射電磁波,而溫度越高,輻射出電磁波的能力也就越高。

也就是說,物體向外輻射電磁波的能力和它自身的溫度是有一定的關係,那麼我們就可以透過測量物體輻射出的電磁波,就可推測出它自身的溫度。

但前提是,我們必須要知道電磁輻射和溫度到底遵循著怎樣的關係定律。

在20世紀初,為了解釋電磁輻射與溫度的關係,德國物理學家普朗克,提出了普朗克公式,即黑體輻射定律。

黑體呢?它指的是沒有任何反射和透射,只吸收和輻射電磁波的理想物體,它是科學家為了瞭解電磁輻射與溫度的關係而假想出的一個假象體。

所以宇宙間不存在真正的黑體,只有近似的黑體,像恆星就可看做近似的黑體,那麼由於黑體積沒有反射和透射的電磁輻射,所以它輻射出的電磁波只和自身的溫度有關。

那麼透過黑體輻射定律,我們就可以根據電磁輻射來確定它的表面溫度,透過黑體輻射定律,我們可以得出一個和溫度有關的電磁輻射波長分佈曲線,即黑體輻射光譜曲線。

從這個黑體輻射譜我們也可以看出,隨著溫度的升高,最高峰值的電磁波長是往短波的方向移動,也就是說,隨著溫度的升高,黑體的表面顏色會逐漸從紅轉變為藍,這個我們在平常生活中就能感受到。

比如一個鐵塊隨著溫度的逐漸升高,它輻射出的電磁波就會由長波逐漸轉變為短波,所以它的表面顏色就會從一開始的暗紅到明亮的紅色,再到亮眼的金黃色,最後到更為明亮的藍白色。

這個就是我們在平常生活中根據電磁輻射來判斷溫度,那麼在測量距離地球遙遠的恆星時也是如此,透過對恆星輻射出的電磁波進行色散處理。

就是把各個波長的電磁波區分開來,得到不同波段的電磁輻射強度,繪製出恆星輻射出電磁波的光譜曲線,然後把該曲線與黑體輻射定律給出的理論曲線進行擬合,這樣就能確定恆星表面的溫度。

比如經過分析,太陽的光譜曲線特徵在5770與黑體輻射擬合度非常高,那麼就可確定太陽表面的溫度為5770k,即5500℃的溫度,而這個溫度所輻射出最高峰值的電磁波波長視為黃波段可見光。

所以太陽表現出的顏色也就為黃色,這個也是我們看到核心具有不同顏色的原因,像比太陽表面溫度高的恆星,它的顏色就為藍色,比太陽表面溫度低的恆星,它的顏色就為紅色。

而根據恆星的光譜曲線,我們不僅可以瞭解遙遠恆星的表面溫度,還可以知道它的元素組成以及距離地球的距離。

神奇吧,在光譜曲線中,我們可以看到這些不同顏色的亮色條紋並不是連續的,他們都存在暗色的條紋。

這些暗色的條紋是1814年夫郎和費首次發現,所以也稱這些案件為夫朗和費線。

而這些暗線之所以會存在,是因為恆星中所含的元素把這些光子給吸收掉了,而每種元素只能吸收固定頻率的光子,所以這就留下了不同位置的暗色條紋,把這些暗色條紋的就稱為元素的吸收線。

所以透過這些吸收線,我們就可以推測出是哪些元素把這些光子給吸收了,進而就知道了遙遠恆星的元素組成。

這個就是我們人類的智慧,僅憑遙遠恆星所發出的光,就可以讓我們在地球瞭解到如此多的秘密。

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