太阳6000℃，探测器接近不了表面，科学家如何测量它的温度？

mehu · 发表于 2024-12-14 01:48:26

来源：科技眼

太阳跟我们可谓朝夕相处，我们都感受到过太阳的炙热，也知道它表面的温度有数千摄氏度之最。

但不少人可能都没有想过，太阳距离地球这么远，它的温度究竟是怎么测算出来的？难不成通过宇宙快递，给太阳邮寄了一根超大号的体温计？

当然这只是玩笑，下面就来简单聊聊，历史上的科学家们，究竟是怎么给太阳来测温的。

难以靠近，无法直视

包括人类在内，地球上的各种物体温度，因为大部分都能近距离接触，所以可以通过各种设备工具来测量。

比如人体测量有温度计，土壤乃至水温度的测量，也有专门的设备。这种测量方式，可简单理解为热传导的原理。

可天上的太阳该怎么办，通过传导来测？也没有这么长的温度计能直接伸到太阳跟前啊。所以从古至今，人类都没有任何办法接近太阳。

当然，现代科技进步了，人类可以向太阳发射探测器，但现代的人类已经掌握了太阳的温度。没有探测技术之前，隔空面对太阳，人类乃至科学家束手无策。

不光不能接近太阳，在地球上人类也没办法利用望远镜，像观测其他天体那样直接观测太阳。因为你直接望向太阳的话，会瞬间致盲什么都看不见。

在这种情况下，人类原先掌握的所有测温方法，都无法应用到太阳上。怎么办？一直到19世纪初，科学界还是毫无头绪。

也难怪当时的科学家孔德说了句话：恒星的化学组成，是难以得到的知识。

孔德说的过于绝对了，虽然没办法接近和直视太阳，但科学家们从没有放弃过各种各样的尝试。这种尝试，实际上让科学家逐渐了解并掌握了温度的实质是什么。

温度和辐射

从日常人类的生活看，温度是一种冷热感觉，而在自然界里，温度就是一种随时随地的辐射。

所有的物体，只要不是绝对零度，都会一刻不停向外传送热量，而且是以电磁波的方式传送的，这种传送能量的方式就是辐射。

辐射的过程可简单理解为是对等的，一方或者一种物体向外辐射，另一方也可以向外辐射。

整个过程因为被物体吸收的辐射能不同，最终产生的温度也就会有差异。所以说，辐射是能量转化为热量的主要方式。

辐射本身的形式是电磁波，比如光波和无线电波都属于电磁波，它的传播方式是波动的形式，而且速度相当的快。

采拉斯基是俄国的一位天文学家，他曾经玩过现在小孩子都会玩的游戏，用镜子聚焦太阳光。

不过，他所用的凹面镜很大，直径达到了1米，这应该比《百年孤独》里，那个吉普赛人，送给祖父的那面放大镜还要大。

但当这面镜子对着太阳并开始聚光后，产生的效果是一样的。在晴天的实验中，采拉斯基对准太阳产生了一个焦点。

而后他把一块金属片放在了焦点上，很快他就看到那块金属片被熔化了。最终，他推测焦点处的温度达到了3500℃。

虽然这个数值不准确，可实验却打开了科学界的思路，太阳的温度可以通过辐射来测定。

在知道了太阳和辐射之间的关系时，科学家在这期间，又逐步掌握了太阳的光谱。

辐射和光谱

肉眼下的太阳光，有橘黄色，也有红色的，通常不会出现其他颜色。但如果用三棱镜将太阳光展布开来，将会看到七种颜色组成的光谱。

这种现象，牛顿还在世的时候就做过。从此之后，类似的实验一直在科学界流传着做。到了19世纪初，另一个英国人沃拉斯顿，也做了类似的实验。

可他在原来的光谱中，又发现了一些暗线，这些暗线位于红绿蓝线之间的区域。沃拉斯顿虽然发现了它们，但并没有深入研究。

如果当年他深入研究的话，现在的光谱线就不会叫夫琅和费线，而是叫沃拉斯顿线了。

同样作为科学家的夫琅和费，他比沃拉斯顿的实验晚做了几年。他利用制作的分光镜，开始更细致的观察光谱。

显示对比和分析火焰，而后是分析太阳光谱，最终发现了不少暗线。要不说科学研究需要极大的耐心才行，他利用3年的时间，最终分析并数出了那些暗线的的具体数量，一共有576条。

虽然被他发现了新的端倪，可在当时夫琅和费无法解释它们出现的原因是什么。彼时的他还不知道，要真正解释这些光谱线，需要再等近半个世纪。

到了19世纪50年代，另外一位德国科学家本生，通过自己发明的一种煤气灯，不同物质再燃烧时呈现出来的颜色是有差异的。

本生原来设想，这是不是可以反向推导出燃烧物体的物质。可顺着这条思路继续实验时他却发现，当混合物质燃烧时，火焰呈现出来的颜色，只会是物质占比最大的颜色。

直到有一天，本生和另一位科学家哥们儿，无聊的观察远处一场大火，他们通过分光镜，从大火中看到锶和钡的谱线。

这场大火让两个人意识到，既然隔空分析光谱，就可以知道大火燃烧的物质成分，那么分析太阳的光谱，不就能知道太阳是由什么物质构成的了吗。

说干就干，于是本生他们开始着手分析太阳。当然，40多年前夫琅和费看到了什么，以及研究所用的办法，本生他们实际上又重复了一遍。

通过这件事就能明白，自然科学中的定理是客观存在的，不管在何时何地，通过不同的思路，都能识途同归。

不同的是，相比于此前的研究，这一次本生他们的研究又更加深入了。与本生一同捣鼓的科学家基尔霍夫，最终得到了基尔霍夫定律，但此时距离精准测量太阳的温度还有很远。

犹如拼图游戏

整个19世纪前期，研究太阳的方式方法可谓五花八门。这就像是在玩一种拼图游戏，目标和方向是一致的，但研究的角度和方法不同，最终得到的结果差异很大。

有的研究是几千摄氏度，有的研究高达数百万摄氏度，归根结底，真正的理论还没有找到。

到了19世纪中后期，为了鼓励科学家们尽快找到真正的数值，巴黎的科学院还专门为此推出了一个奖项。但是奖项设立以后，相关的结果依然没有确定下来。不过，此时距离结论出现已经很快了。

到了1878年，斯特瓦发现了辐射和温度之间的四次方程比例，最终根据这一点，得出的太阳表面温度6000℃左右。

此后，另一位科学家玻尔兹曼，利用热力学也得到了相关的发现。有了相关定律，最终计算太阳的温度也就有了理论基础。

在相关的理论空白被逐步填补的同时，科学界也逐步掌握了温度和光谱以及和质量之间的关系。

像太阳这样的恒星，其光谱变化和温度以及质量都密切相关，比如说颜色越是偏蓝，温度就越高，其质量也相对更大。

这种现象叫维恩位移定律，是另一位科学家维恩发现的。太阳这样的恒星，其表面温度越高，光谱分布就会发生偏移，最终呈现出来的视觉就会是蓝色。

至此，围绕太阳的相关理论定律，基本上都被填补上了。而且科学家在随后，进一步标定了温度和颜色之间的关系。

在恒星中，根据光谱的不同特点，分成了七个类型，而七种类型也代表了不同的温度。

比如O型恒星，其表面呈现蓝色，温度超过了33000℃。温度相对较低的是M型，其呈现的颜色为红色或者深红色，而表面的温度则不到3700℃。

太阳呈现出黄色，在分类中它属于G型，这类恒星的表面温度在5200℃到6000℃。在宇宙中，太阳并不特殊，类似太阳这样的恒星很多，温度比它高或者低的恒星也不少。

为了更加精准，在主要分类下，又根据不同类型中恒星的年龄，细分出了恒星各自的温度差异以及所在的年龄段。

比如太阳，它的光谱分类是G2Ⅴ，Ⅴ不是英文字母，而是罗马数字5，这是表示太阳的年龄正值壮年。

通过持续的研究和理论填补，对于像太阳这样的恒星，不管它距离我们有多远，只要能被观测到，也就能掌握其表面温度是多少。

红巨星温度的新测量方法

恒星也有生老病死，老去的太阳最终会经历红巨星阶段。而对于这一阶段的恒星，此前科学界对其温度的变化，还没有精准掌握。