太陽是固態、液態還是氣態?科學家:都不是,太陽是另一種狀態

2023-07-26     魅力科學君

原標題:太陽是固態、液態還是氣態?科學家:都不是,太陽是另一種狀態

如果有人問起,太陽是固態、液態還是氣態?相信有不少人會認為,太陽應該是氣態的,畢竟構成太陽的物質主要是氫和氦,而據我們所知,氫和氦通常都是以氣體的形式存在的。然而這個答案卻是錯誤的,科學家告訴我們,無論是固態、液態還是氣態,太陽都不是,實際上,太陽是另一種狀態——等離子態。

為了方便理解,我們不妨用水這種常見的物質來舉例說明,我們都知道,水的狀態與溫度密切相關,在低溫環境中,水錶現為固態,溫度較高時,水則表現為液態,而當溫度上升到一定的程度,水就會表現為氣態。

從微觀層面來看,水的溫度其實就是大量水分子的熱運動的激烈程度,這可以理解為水分子平均動能的大小,在低溫環境中,水分子的平均動能很小,所以水分子之間的作用力占據了上風,在這種情況下,水分子基本上就只能在固定位置振動,因此表現為固態。

當溫度較高時,水分子的平均動能也會增加,所以它們的「活動範圍」就更大,可以相對自由地移動或旋轉,但由於水分子之間的作用力在這種狀態下依然不可小覷,它們仍然會明顯受到周圍其他水分子的影響,因此它們此時就表現為液態。

而當溫度上升到一定的程度時,水分子的平均動能就完全占據了上風,而分子間作用力則變得很弱,水分子的「活動範圍」也因此變得很大,此時水分子的熱運動就會變得快速、混亂和無序,沒有穩定的相對位置,進而在整體上表現為氣態。

水分子是由兩個氫原子和一個氧原子構成,它們通過一種被稱為「共價鍵」的化學鍵結構在一起,當溫度進一步升高時,水分子內部的「共價鍵」就會被破壞,這一過程也被稱為「離解」,在「離解」發生之後,水分子就不復存在,代替它們的則是以氫原子和氧原子構成的原子氣體。

正如我們所知,原子也是有內部構造的,簡單來講就是原子是由原子核以及圍繞著原子核運動的電子構成,而電子之所以會被束縛在原子核周圍,一個重要的原因就是原子核帶正電荷,電子則帶負電荷,它們會互相吸引。

當溫度上升到足夠高的時候,原子內部的電子就會擁有足夠高的動能,進而擺脫原子核的束縛,這一過程也被稱為「電離」(即電子離開原子核)。

在「電離」發生之後,物質就會變成由帶正電荷的原子核以及帶負電荷的電子構成的一團「漿糊」,由於它們中的正負電荷在整體上是相等的,因此這種物質狀態就被稱為「等離子態」。

由此可見,如果我們給水不斷地加溫,那麼隨著溫度的不斷上升,當溫度達到一定程度時,我們就會得到一團等離子態的物質。水是如此,其他的物質也是如此,只要溫度足夠高,它們同樣也會變成離子態。

根據科學家的估算,太陽核心的溫度高達1500萬℃,而即使是太陽的表面,其溫度也可以達到5500℃左右,在如此高的溫度下,太陽上的絕大多數物質都早已被「電離」,並以等離子態存在。

為什麼要說「絕大多數」呢?這是因為在太陽表面溫度相對較低的區域,仍然有一些物質以氣態存在,不過這些物質只占太陽物質總量的極少一部分,也就是說,構成太陽的物質幾乎全是等離子態物質。

需要注意的是,雖然等離子態物質與氣態物質有一些相似之處,比如說都具有擴散性、流動性和可壓縮性等,但它們卻存在著很大的區別。

比如說氣體中大量存在著穩定的原子或分子結構,而等離子體中則主要由帶電離子或自由電子構成,因此等離子體的電荷密度比氣體高出很多,與氣體相比,它們具備更高的電導率和熱導率,還具備與電磁場耦合的性質,可以被外部電磁場所操控。

所以等離子態也被科學家稱為除「固」、「液」、「氣」之外的「物質存在的第四態」,因此可以說,從整體上來講,太陽既不是固態、也不是液態和氣態,而是等離子態。

順便講一下,儘管等離子態物質在我們的日常生活並不常見,但在宇宙中,它們的分布卻異常廣泛,一個簡單的例子就是,我們太陽系有大約99.86%的質量都集中在太陽上,而太陽上的物質卻幾乎全是等離子態。

另一方面來講,高溫並不是形成等離子態物質的唯一條件,在宇宙之中,高能宇宙射線和恆星風、強電磁場、伽瑪射線等等因素都可以使物質發生「電離」,進而變成等離子態,它們會廣泛存在於恆星、星系、星雲以及各種星際介質之中。

根據科學家的估算,可觀測宇宙中的普通物質(宇宙中除了「暗能量」和「暗物質」之外的物質)有99%以上都是等離子態,所以從宇宙層面來講,等離子態才是物質的常態,相比之下,我們常見的固態、液態和氣態物質才是「罕見」的,是的,宇宙就是這麼奇妙,你覺得呢?

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-cn/c88032b054448354ab1f9fe344dd7cfc.html