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_posts/2024-11-05-太阳的光是怎么来的.md

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 太阳的光和热能来源于其内部进行的一种称为核聚变的反应。这个过程主要发生在太阳的核心，一个温度高达约1500万摄氏度，压力巨大的环境中。在这个极端条件下，氢原子核能够克服它们之间的电磁斥力（同性电荷相斥），相互靠近并融合成更重的氦原子核。
 
-### 先从宇宙起源说起
+### 从宇宙起源说起
 
 有关地球的故事要从大约137亿年以前的大爆炸说起。大爆炸发生之前，宇宙中所有的物质都集中在一个极其致密的点上，这个点又被称作奇点。大爆炸相当于无数次核爆同时发生，其规模难以想象。大爆炸之初产生了氢、氦和其他元素。氢和氦是两种质量最轻的元素，它们在大爆炸中先于其他元素出现，组成了90%以上的可见物质，它们也是构成宇宙、地球乃至生命的基本元素。
 
 ![宇宙大爆炸](/assets/images/solar_system/宇宙大爆炸.png)
 
-我们来看下宇宙起源于大约137亿年以前的那次大爆炸：
-* 在大爆炸后最初的几秒，物质只能以电子、质子、中子等基本的亚原子粒子形态存在。同时，大爆炸产生的巨大能量使温度达到了令人难以置信的100亿摄氏度。
-* 仅仅几分钟之后，温度就迅速下降到了10亿摄氏度以下，这时大爆炸产生的基本粒子也开始发生聚合，形成轻元素的原子核。
-* 大约过了100万年，当温度下降到只有几千摄氏度的时候，原子开始形成。作为质量最轻的元素，氢可能是最早形成的元素，而氦紧随其后出现。
-* 不久后，氢和氦被抛射到远离奇点的宇宙空间中。它们在引力作用下聚集形成致密的气体云，即星际云。这是所有恒星和星系诞生的摇篮。氢及其同位素通过恒星内部的热核反应形成氦。换句话说，氦就是氢燃烧后的产物。
-* 于是，早期形成的元素都可以通过核聚变的方式产生新的元素，比如氦的燃烧产生了碳和氧。当然，这些元素都是在恒星演化的早期阶段形成的。
-* 紧接着钠、镁、硫、磷和硅等元素依次产生，以此类推。持续不断的核聚变反应使炽热的恒星产生了异常的高温和剧烈的活动，进而产生了铁及其他质量相当的元素。构成宇宙的大多数元素就是通过这样的方式逐渐形成的。
+#### 宇宙大爆炸及元素形成过程
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+- **大爆炸初期**：宇宙起源于大约138亿年前的一次极端事件，即大爆炸。在这个事件发生后的最初瞬间，宇宙的温度和密度极高，以至于物质只能以电子、光子、夸克和轻子等基本粒子以及它们的反粒子形式存在。随着宇宙的膨胀，温度和密度开始下降。
+- **核合成阶段**：当宇宙年龄大约为1秒时，温度降至10亿摄氏度左右，自由中子开始与质子结合，形成稳定的原子核，主要是氢（质子）和约四分之一质量的氦。这种原子核形成的过程被称为大爆炸核合成（BBN），还产生了非常少量的锂和铍。
+- **原子形成**：当宇宙继续膨胀和冷却，大约38万年后，宇宙的温度降低到了大约3000摄氏度，此时自由电子和原子核结合，形成了中性原子。氢是最先形成的原子，氦紧随其后。这一过程称为再结合，标志着光子停止与电子频繁散射，成为自由旅行的光子，这就是宇宙微波背景辐射的来源。
+- **恒星与星际物质**：氢和氦组成的气体在引力的作用下开始聚集，形成了巨大的分子云，即星际云。这些云的引力塌缩进一步促进恒星的形成。恒星内部的高温和高压条件支持核聚变反应，其中氢（质子）通过质子-质子链反应或碳-氮-氧循环转化为氦，释放出能量。
+- **元素的诞生**：在更重的恒星内部，更高级的核聚变过程可以发生，通过氦核聚变产生碳和氧。在更高温度和压力条件下，恒星核聚变可以生成更重的元素，如钠、镁、铝、硅、磷、硫等，直到铁。铁是核聚变过程中能量释放的上限，达到铁核后，核反应会吸收能量而非释放，导致恒星演化路径的决定性时刻，最终可能以超新星爆发的形式结束。
+- **超新星和元素合成**：当恒星耗尽可核聚变的燃料后，核心会发生坍缩，外部物质会向内塌缩，产生超新星爆发。在超新星爆发的极端条件下，可以合成宇宙中绝大多数的重元素，直至铀等。超新星爆发不仅释放出巨大能量，还将这些新合成的元素抛洒到宇宙中，丰富了星际物质，为新恒星和行星的形成提供了物质基础。
+- **元素的循环与传播**：这些重元素，经过一系列复杂的过程，被吸收到新形成的恒星和行星中，成为构造更多复杂结构的基石。恒星生命周期的循环导致了元素的不断合成、抛射和再吸收，这一过程持续至今，形成了我们所见的丰富多彩的宇宙。
 
 > 💡 注意
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@@ -184,9 +186,25 @@ PEP反应的特点：
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 > 中微子不会与一般的物质发生交互作用，而且不会支持太阳去对抗本身的重力崩溃。中微子在PP1、PP2和PP3链分別带走2.0%、4.0%和28.3%的能量。
 
-#### 能力传输
+#### 能量传输
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+在核聚变释放出的高能量光子（$γ$射线和$X$射线）经由迂回曲折的路径与减速，和在一定的吸收和再辐射转换成更低的能量形态后，才能抵达太阳的对流层（相当于地球的地幔），因此需要很长的时间才能抵达太阳的表面。 估计“光子旅行时间”可以长达5,000万年，最短的也要17,000年。在旅程的终点，穿过透明的光球层之后抵达表面，以可见光的形式离开太阳。在核心的每一个$γ$射线在进入太空之前，都已经被转换成数百万个可见光的光子。但同样在核心产生，不同于光子的中微子，却很少遭遇到与物质传输间的问题，几乎立刻就能抵达太阳的表面并逃逸入太空。
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+在太阳的核心，核聚变反应释放出高能量的光子，主要包括$γ$射线和高能$X$射线。由于太阳核心的温度极高，密度也相当大，这些光子在向太阳表面传播的过程中会经历复杂而漫长的过程。
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+光子的旅程：
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+- **光子的多次散射**：在太阳核心产生的高能量光子会与周围的粒子（主要是氢原子和自由电子）发生散射。每次散射都会改变光子的方向，使它的路径变得复杂且曲折。光子在一次散射后，可能只会前进非常短的距离，再遇到下一个粒子进行下一次散射，这个过程导致了光子的路径变得极为曲折。
+- **能量转化**：光子在每次散射过程中会损失一部分能量，转化成较低能量的光子，这样经过多次散射，原本的高能光子可以逐渐变为可见光光子。这个能量的转化和散射过程非常缓慢，因此光子从太阳核心到表面的旅行需要极其漫长的时间。
+- **逃逸时间**：由于太阳核心的密度大，散射频繁，光子到达太阳表面的过程非常耗时。根据估计，光子从太阳核心行至太阳表面的过程可能需要从17,000年到5,000万年的时间，这取决于光子的具体路径和所经历的散射次数。
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+中微子的对比：
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+中微子是另一种在核聚变过程中产生的粒子，与光子不同，中微子与物质的相互作用极其微弱。这意味着中微子在穿越太阳内部时几乎不受阻碍，它们能够几乎立即从太阳核心“穿”出太阳表面并释放到太空中。相比之下，中微子的逃逸时间近乎瞬间，完全不受到太阳内部物质的显著减速影响。
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+可见光的释放：
 
-在核聚变释放出的高能量光子（$γ$射线和$X$射线）经由迂回曲折的路径与减速，和在一定的吸收和再辐射转换成更低的能量形态后，才能抵达太阳的对流层（相当于地球的地幔），因此需要很长的时间才能抵达太阳的表面。 估计“光子旅行时间”可以长达5,000万年，最短的也要17,000年。在旅程的终点，穿过透明的光球层之后抵达表面，以可见光的型式离开太阳。在核心的每一个$γ$射线在进入太空之前，都已经被转换成数百万个可见光的光子。但同样在核心产生，不同于光子的中微子，却很少遭遇到与物质传输间的问题，几乎立刻就能抵达太阳的表面并逃逸入太空。
+当光子最终抵达太阳的对流层，经过多次散射和能量转化后，它们主要以可见光的形式离开太阳。这些可见光光子穿过太阳的透明光球层，最终释放到太空，成为太阳光的主要组成部分。
 
 #### 能量统计