实际上,由于温度太高,太阳上的物质已经熔成了等离子态,等离子态下原子的核外电子完全脱离原子核的束缚,自由电子和带正电的离子共存,于是太阳在重力的作用下,整体呈一个球形。
在物理学中,我们常见的物质状态有四种:固态、液态、气态和等离子态。
物质的四种状态可以相互转变,比如冰融化成水,水蒸发就会转变为水蒸气,水蒸气继续加温就会成为等离子体;日常生活见到的高温火焰、电弧、闪电就是等离子体。
我们以水为例:
(1)常压下,温度低于零摄氏度时以固体形式存在,此时冰内部的水分子通过化学键紧密连接。
(2)把冰加热,水分子的热运动会加强,当水分子间的化学键被打破时(0℃),冰就融化成了水,此时水分子间由较弱的氢键和范德华力发挥作用,让液态水保持流动性。
(3)继续对液态水加热,直到水分子间的热运动打破氢键和范德华力(100℃),水就会转变为气态,成为水蒸气,此时每个水分子间的相互作用微乎其微。
(4)再继续对水蒸气加热,大约到1000℃时,水分子间氢和氧的化学键开始断裂,随着温度的升高,断裂的水分子越多,但此时还是气态,水分子断裂后的原子以激发态的形式存在,激发态是核外电子跃迁到高能级轨道,但是还没有完全脱离原子核束缚(电离),如果处于激发态的电子回落到低能级轨道,就会对外释放电磁波,所以此时的气体会发光发热。
(5)当温度升高到10000℃以上,氢原子和氧原子的核外电子会逐步成为自由电子,此时物质逐渐转变为等离子态。
在茫茫的宇宙中,天体表面温度的不同,会以在表面形成不同的物质状态,比如我们地球属于固态星球,其表面物质主要以固态为主,其次是液态水,而大气物质以气态形式存在;木星、土星等大质量行星属于气态星球,主要成分是氢气和氦气。
太阳属于恒星,恒星内部进行着剧烈的核聚变反应,同时释放大量的热能,科学家根据理论计算,太阳核心温度高达1500万度,压力高达3000亿个大气压,此时没有任何物质能抵抗这样的超高温,每个原子和电子都拥有巨大的动能,
由于太阳的核聚变反应只集中在核心区域,热量也是在核心区域释放,所以在太阳上,离核心区域越远温度越低,当到达太阳表面时,温度下降到5500℃,太阳表面温度可以根据黑体辐射定律计算出来,太阳光谱中能量最高的电磁波波长为λ=500nm,根据维恩位移定律可以得到太阳表面温度T:
T=b/λ≈5800K;
太阳的主要成分是氢和氦,太阳表面温度低的地方,氢和氦可以以氢气和氦气的形式存在,但是在内部温度高的地方,氢和氦将转变为等离子体。