昨天写了这篇《黑暗 ， 隐藏着怎样的秘密 ， 让科学家如此痴迷？（上） 》 ， 原计划今天写中篇黑洞 ， 但看了一个网友的评论 ， 突然发现 ， 这篇文章可能写得不透彻 ， 所以 ， 决定今天做一下补充 ， 帮助大家更好地理解黑体 。
文章插图
黑体光谱
前文提到 ， 1862年 ， 物理学家基尔霍夫假想了一种理想物体 ， 以此作为热辐射研究的标准物体 ， 这种物体它能够吸收外来的全部电磁辐射 ， 并且不会有任何的反射与透射 。 既然黑体是物理学为了研究热辐射而假想的标准物体 ， 那么在现实中为了计量的需要 ， 就要有这种能够尽可能完美模拟理想黑体发射的装置或者材料 ， 这种材料真实存在吗？
您别说 ， 还真有 。 如果您是物理专业的 ， 回忆一下热学课本里面那个黑体的简图（下图） 。 科学家通过化学侵蚀镍磷合金腔体内表面的办法 ， 制造出一种超黑 ， 它只能反射4‰的入射光 。 还有一种办法是将碳纳米管垂直排列在硅表面 ， 这种材料可以吸收99.99%的入射光 。
文章插图
黑腔
【注意】黑体不一定是黑色的 ， 尽管它不反射任何的电磁波 ， 它也可以放出电磁波来 ， 这些电磁波的波长和能量则全取决于黑体的温度 ， 不因其他因素而改变 。
这里必须要说一下 ， 就如本文题目中所说的那样 ， 太阳竟然是一个高度近似的黑体 。 下面我们就来说明一个这个现象：
很多天文学家在观测中发现 ， 有些恒星的连续光谱部分竟然和黑体的光谱几乎一致 。 小伙伴们可以回头翻看一下我去年写的《新春科普：既能毁灭 ， 也能创造 ， 铁元素的两面性 》 ， 里面介绍了恒星的分层结构 。
文章插图
我们在望远镜后面的分光镜中看到的恒星光谱 ， 实际上是这些恒星内部不同层次结构发射和吸收组合后的效果在恒星表面的综合显现 。 这种综合后的效果 ， 强加一个与内部不同层级关联的黑体的组合 。
在恒星深处 ， 它的温度更高 ， 所以相对于外层 ， 它发出的光更多 ， 但吸收也更强 。 因此 ， 每个层级的光谱必须乘以吸收率这个权重 。 而我们所看到的恒星光谱 ， 实际上是所有层级基值的总和 。 从目前的观测手段和观测技术来说 ， 没有足够的证据能证明恒星光谱的连续部分是与黑体相似的 。
文章插图
太阳可见光光谱
但太阳则不同 ， 正因为我们距离太阳比较近 ， 这使得我们可以“近距离”观测太阳 ， 同时 ， 人类也向太阳附近发射了一些探测器 。 这些探测的结果都表明：我们接收到的太阳辐射的区域厚度约为500千米 ， 这个区域叫做光球层 。 其厚度远小于太阳半径约6.96×10^5千米 。 因此光球层的温度相对均匀 。
光球的表面是气态的 ， 其平均密度只有水的几亿分之一 ， 但由于它的厚度达500千米 ， 所以光球层是不透明的（不能透射和反射电磁波） 。
文章插图
太阳光球就是我们平常所看到的太阳圆面 ， 通常所说的太阳半径也是指光球的半径 。 光球层位于对流层之外 ， 属太阳大气层中的最底层或最里层 。 我们接收到的太阳能量基本上是光球发出的 。 因此 ， 太阳的光谱实际上就是光球的光谱 。
由于A）光球层的温度相对均匀；B)光球层不反射和透射电磁波；C）太阳光谱实际上就是光球层光谱 ， 因此可以说 ， 太阳光谱和黑体光谱有充分的近似性 。 这也是为什么我会说太阳是一个黑体的原因 。
文章插图
赫罗图-横坐标为光谱型
【扩展】在天文学中 ， 常常把一颗恒星的温度 ， 定义为一个黑体辐射出与恒星光谱近似时候的温度 。 按照这个恒星温度定义 ， 太阳的有效温度为5770K（开尔文） ， 即5500摄氏度 。 恒星温度是确定恒星的温度是天体物理学最重要的课题之一 。 光谱分类中的光谱型又常叫作温度型 。 知道恒星的光谱型便可大致地估计出它的温度 。
如果没有意外话题（主要是本文评论区是否有让我有兴趣的话题） ， 下一篇文章的内容就是接《黑暗 ， 隐藏着怎样的秘密 ， 让科学家如此痴迷？（上） 》继续写黑暗科学有关的话题 ， 跟您聊聊“越抹越黑”的物理学 。
【太阳|太阳不是你想象，这个发光发热的球，竟然是一个黑体】相似的灵魂总会相遇 ， 我是@郭哥聊科学 ， 如果您喜欢这篇文章 ， 欢迎您关注、点赞、留言并转发支持 。 我将持续为您提供高质量的科普文章 。
推荐阅读
- 量化|量化大师麦教授：美好的不确定性
- 结核|再见吧，“结核君”
- 减肥也能吃的小零食，营养美味，低脂低热量，多吃也不怕！
- 这款抹茶麻薯软欧，简单好做，满满坚果馅，好吃还不腻
- 1碗面粉，不加水，锅里蒸一蒸，做香甜可口的发糕，比蛋糕还香
- 扇贝最好吃的做法，适合冬日里吃，做法简单好吃不腻，家人超爱吃
- 从小就馋此口，比肉香多了，几块钱做一大盘，咋吃都不腻
- 盐酥烧饼这做法，皮酥里软吃着香，不醒面照样层层酥脆，省时间
- 番茄炒鸡蛋先炒番茄还是先炒鸡蛋？其实都不对，正确方法送给你
- 一碗糯米，半个南瓜，香甜软糯，好吃不上火，比南瓜饼香，太好吃