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11款阳光都有哪些颜色 太阳是什么颜色?

2018年02月09日 来源:11款阳光都有哪些颜色 大字体小字体

  HMIMagnetogram绘制的是太阳表面的磁场图形,黑色表示磁感线远离地球,白色表示磁感线指向我们;

  在太空中,因为失重,火焰的形态是向四周扩散,相对随意:

  以太阳这颗恒星来说的话,它的辐射峰值恰好位于光谱中蓝色和绿色的交界处,所以,以光的角度来说,太阳是颗绿色的恒星!或者更好的说法是一颗蓝绿色的星。而一颗恒星的温度也会直接反映在它所显示出来的颜色上,对于太阳来说,其表面温度约为6000度左右,而正如前面谈到的,由于人类肉眼对颜色分辨上的误差,我们总是觉得太阳其实是黄白色的。

  然而,好奇的你要问了,这张熟悉的照片是从哪里来的捏:

  别急,慢慢来。太阳的核心温度可达到15000000K,但是我们无法看见那里的光芒,因为实际上太阳是不透明的。在内部发射的光子不到一厘米的区间就会被“重吸收”,因此里面的光子要离开到达表面至少需要4000年的时间(详细计算看NASAIMAGEsatellite,AsktheSpaceScientistArchive)。太阳的外层温度要更低,因为那里的密度更低,不发生聚变反应。随着距离往外增加,温度逐渐的降低,直到表面的温度(光球层大约5000K左右)足够低到人眼能看到其对应的可见光区。

  之所以我们在地球上用肉眼看到的太阳是黄色的,是因为地球的大气层散射了太阳光线;所以太阳表面的颜色对我们而言就有所变化了。

  如果再把波长段拓宽呢,如果使用红外望远镜观测呢:

  AIA1700Å使用的是紫外连续谱,展示的是太阳的表层以及色球层的图像,代表温度在4500K;

  HMIContinuum提供的是光球层的可见光图像;

  这四张图片分别对应不同波长的光:17.1nm、19.5nm、28.4nm和30.4nm。由于人眼能识别的波长大概在380nm到750nm之间,所以我们并不能真正辨出EIT照片里的光彩,因此我们实际上看到的给予的“假色”。EIT的样片通常是红色、蓝色、绿色和黄色的。

  这些五彩缤纷的太阳照来自于SDO的大气成像组件(AtmosphericImagingAssembly,简称AIA)。

  AIA171Å对应的波长为铁-9的,代表温度是60000K。这个波段对应宁静日冕和冕环的光,通常用金色表示;

  大量的直射光中的蓝色光被散射掉了,留下不怎么蓝不怎么绿的橙红色。

  瑞散是半径比光或者其他电磁辐射波长小很多的颗粒对入射光的散射,其中,散射的光强与入射光的波长4次方成反比:

  图片摘自Rayleighscattering

  在地球上,火焰燃烧后,就加热它周围的空气,使得某一块特定区域的空气密度降低。这块区域里的空气相对的向上流动,因为引力会把更冷、密度更大的空气向下拉,形成我们看到的形态。因为氧气和重力的存在,火焰在地球上得以维持上述的过程,消耗氧气——低密度空气上升——冷重空气下沉——继续消耗新鲜氧气:

  人眼具有两种不同的感应器:视杆和视锥细胞。一般而言,视杆细胞更为敏感一些,但它们只能呈现黑白图像,视锥细胞次之,但却能呈现彩色视觉。当光级度不够强大到激发视锥细胞时,视觉就会以视杆细胞为主导,这也是为什么我们看月光总是白色的。但是当光度足够时,由于视锥细胞对与可见光波段的450nm~650nm的光(Eye'sResponsetoLight)比较敏感,所以我们基本上得以窥见五彩缤纷的世界。

  第二部分——太阳黄

  第四部分——太空中的火焰

  AIA335Å对应的波长为温度2500000K的铁-16。表示的同样是日冕中更热、磁场更为活跃的区域。只是用蓝色表示;

  AIA4500Å使用时白光连续谱,展示的是太阳光球层温度为6000K的图像;

  摘自SolarDynamicsObservatory

  图片摘自《Howtheuniverseworks》

  说到这里,放松一下,大家知道在太空中零重力下的火焰是什么样的吗?看过电影《地心引力》的大家应该都熟悉桑德拉布洛克被团状火焰追逐的场景,所以聪明的你肯定知道:

  上图可以明显看出,我们的太阳光,它的黄色部分具有最高的峰值(功率密度),所以有时我们也会看到黄光,不过由于与其他可见光段的光强度差别不是特别大,所以太阳光是各种可见光的组合——白光。

  AIA131Å对应的波长为温度超过10000000K的铁-23和铁-24。代表了太阳耀斑中的物质。这个波段的光颜色通常用青色表示。

  AIA94Å对应的波长为温度6000000K的铁-18。表示的是太阳耀斑时日冕热区。这个波段的光颜色通常用绿色表示;

  (图片物体比例失调,请忽略)

  HMIDopplergram绘制的是太阳表面光球层的速度,暗区代表朝向我们,亮区代表远离我们(ExplanationofDopplergrams);

  AIA304Å对应的波长为氦-2的,代表温度是50000K。这里的光来自色球层和过渡区,通常用红色表示;

  当然了,我无法感知你眼中的蓝是否与我见到的一样。不过,对大多数人来说,橙色的夕阳几乎是大家对美景的共识了:

  其实不用我说你们也知道,这肯定不是光学望远镜拍摄的,这张与来自太阳及日光层观测卫星(SolarandHeliosphericObservatory,SOHO-SolarandHeliosphericObservatory)上搭载的远紫外成像望远镜(ExtremeultravioletImagingTelescope,简称)拍摄的四张超清图中的其中一张非常相似:图片摘自https://www.nasa.gov/mission_pages/soho/index.html

  右边那个就是零重力下的火焰燃烧情形,这个实验是在太空中一个密闭的含氧的容器中进行的,NASA专门还进行了FlameExtinguishmentExperiment(FLEX)实验来研究微重力场的火焰“燃烧”机制。

  图片来自sunset-必应images

  这里借用非常喜欢的youtube的DNews频道(https://www.youtube.com/watch?v=9zdD7lfB0Fs)的简单解释:

  AIA1600Å对应的波长对碳-4的,代表温度为10000K。拍摄的是上光球层与过渡区(在色球层和日冕之间)的混合图,从这块区域开始温度急剧升高;

  但是,如果一颗非常非常热的恒星,你会看到它蓝色光波段(峰值波段)的强度明显高于其他波段,所以它的光芒看上去是蓝色的。而一颗相对较冷的恒星,它的波峰出现在红光波段,所以光芒是红色的。例如船底座伊塔星和参宿4:

  下面对照片一个一个解释:

  而之所以EIT使用这些波长,是因为它们对应于电离的铁和氦所发出的波长。这样做的目的是,表明EIT能捕捉到正常情况下因为被光球层可见光所模糊或者遮挡的日冕的详细信息。

  通过不同对不同电磁波段敏感的望远镜,你能看到不一样的“颜色信息”的太阳。

  当然了,如果没有大气,没有散射,整个天空的背景就会非常黑暗,你看到的阳光就是其视在颜色,感受一下国际空间站上的日出:

  当然,除了SOHO的捕捉外,还有来自太阳动力学观测卫星(SolarDynamicsObservatory,简称SDO)的照片:图片摘自http://www.nasa.gov/mission_pages/sunearth/news/light-wavelengths.html#.VwB5ZvQSgzC

  AIA193Å对应的波长为温度1000000K的铁-12和温度20000000K的铁-24.。前者代表日冕的微热区,后者代表太阳耀斑中的重热物质。这个波段的光颜色通常用棕色表示;

  第三部分——太阳的不同光景

  而这就是太阳的视在颜色或者说表观颜色(apparelcolor,color:ApparentColorofObjects)。

  AIA212Å对应的波长为温度2000000K的铁-14。表示的是日冕中更热、磁场更为活跃的区域。这个波段的光颜色通常用紫色表示;

  那么黄色,是怎么回事?

  图片来自SDO|SolarDynamicsObservatory

  在我的中二时代的记忆里,太阳似乎一直是橙色或者白色的,偶尔也兼职一下黄色,直到高中的物理老师告诉我们,有一种现象叫做瑞利散射(Rayleighscattering)。

  太阳的视在颜色由峰值波长决定,而峰值波长又是由其光球层温度决定的:

  图片摘自https://www.youtube.com/watch?v=9zdD7lfB0Fs

  就像前面说的,光的波长越长,就越能穿过大气中的障碍物(例如:氧气、氮气分子、尘埃、水蒸气);而蓝、靛、紫色光由于波长较短,在大气中遇上障碍物很容易就散射掉了,所以当我们看太阳光时,蓝绿色都已经被模糊掉了,所以才会觉得是白色。我知道你可能会说,天空不也是蓝色的吗?那是因为人类的眼睛对蓝色较敏感,因此平时我们才会看到蓝色的天空。

  从上图中可以看出,因为蓝光的波长短,瑞利散射的强度和比例就高,因此被散射的蓝光充满颗整个天空,使得天空呈现蓝色。如果在正午的话,我们更多的看到太阳的直射光而不是散射光,因此可能我们看到更多是接近阳光的本色——白色(红黄色光与蓝绿色光的混合)。如果是在日落时分,太阳在地平线附近,此时的阳光在大气中的光程相对较长:

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