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太陽透過燃燒什麼來發出紅色光芒?從科學來推翻我們的「直覺印象」

太陽透過燃燒什麼來發出紅色光芒?從科學來推翻我們的「直覺印象」

天文物理學者BossB

教育

shutterstock

宇宙思考

2025-12-16

太陽並未燃燒任何東西,更何況它根本不是紅色的,而是白色的。太陽透過量子穿隧效應(quantum tunneling)造成的核融合發光。當我們用更精準的方式理解宇宙,就會發現認知能被推翻與重建,而保有思考的能力才是關鍵。

「燃燒的太陽是什麼顏色?」

「紅色!」

 

這段問答,來自日本的孩子們在小學運動會高喊的紅隊加油隊呼。然而這段對話中隱藏著兩大謊言:

太陽不是紅色的。

太陽也沒有在燃燒。

 

太陽是白色的

 

請你試著在晴朗日子的正午時分,太陽高掛於天空最高點時稍微瞄一眼太陽。不過請注意,直視陽光會傷害眼睛,所以只要瞄一眼就好。你會發現太陽是白色的。

 

如果我們將太陽光依波長拆開(分光),會看到紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫這些顏色,當這七種顏色全部疊加在一起進入我們的眼睛時,我們的眼睛會將其視為白色。原因在於我們眼睛的結構。

 

我們的眼睛深處,存在著三種光受體,分別對應到光的三原色—紅、綠、藍,大腦會根據這三種光受體分別接收到的光量來判斷顏色。由於太陽光中偏紅、偏綠和偏藍的光幾乎等量存在,這三種顏色均勻重疊,因此我們的眼睛將其視為白色。

 

那麼,為什麼會產生太陽是紅色或黃色的誤解呢?確實,當太陽位置愈接近地平線時,顏色就愈偏紅。這是因為大氣中的分子會將光線分散到四面八方(散射),而且波長愈短的光,分散的情況愈嚴重。而朝陽與夕陽的光,必須穿過地平線附近更厚的大氣層,在這個過程中,偏藍和偏綠的光都被散射掉,只有偏紅的光能夠到達我們的眼睛,因此太陽看起來就會紅紅的。

 

太陽沒有在燃燒

 

太陽的能量輻射量為4×1026瓦特。這個數字或許大到難以想像,硬要說的話,相當於地球上最強大的氫彈,每秒鐘引爆二十億個所釋放的能量。

 

燃燒是利用氧氣進行化學反應來產生能量。如果太陽在燃燒,那麼太陽中的原子在幾萬年內,最多幾十萬年內就會燃燒殆盡;而就連地球上人類的歷史都可以追溯到幾百萬年前,孕育生命的太陽不可能更年輕。所以,太陽並沒有在燃燒!

 

靠著核融合發光

 

比燃燒更有效率的能量產生方式是核融合。核融合是輕元素結合形成重元素的過程,太陽就是透過將四個氫融合成氦來產生能量。

 

單次融合產生的能量非常小,大約只有人類爬一階樓梯所需能量的一百兆分之一,但這樣的核融合每秒在太陽中進行1038次,因此能夠放射出巨大的能量。每秒鐘大約有六億噸的氫被融合成氦。

 

太陽核心的溫度約為一千五百萬度,所有的原子在這樣的溫度下都會被離子化,處於原子核與電子分離的狀態。因此嚴格來說,是四個氫原子核(即四個質子)融合成一個氦原子核(其中二個質子變成了中子)。然而,質子帶正電荷。帶正電荷的質子之間,本應像磁鐵的N極與N極一樣相互排斥。那麼互相排斥的質子,為什麼能夠結合在一起呢?

 

太陽靠著量子穿隧效應發光

 

質子之所以能夠克服相互之間的斥力而結合,原因就在於質子也像光子和電子一樣,具有波的性質。因為是波,所以在空間上具有不確定性,即使面對無法穿越的障礙(正電荷之間相互排斥的障礙),一旦接近障礙附近,就有穿越的機會。

 

雖然這種可能性極度微小,但只要存在可能性,就能在極為罕見的情況下穿越障礙。這就是量子穿隧效應(圖17)。

這種量子穿隧效應的成功機率約為1028分之一,也就是說,太陽核中的質子要嘗試1028次,才能成功引發一次量子穿隧效應,與另一個質子結合。雖然成功機率極低,但太陽中存在數量驚人的1057個質子,所以即使是如此罕見的狀況也會相當頻繁地發生。

 

結果就是每秒鐘發生1038次核融合,這就是太陽的驚人之處。

 

關於「太陽」的宇宙思考

 

太陽是紅色的,而且正在燃燒,這樣的謊言已經透過學校層級的教育而變成常識。那些被視為理所當然、常識或習俗的觀念,往往是缺乏理論基礎及科學根據的偽知識,因此我們的直覺應該是去質疑。當某個觀念或社會制度基於某種原因成為主流時,人們往往傾向於不加思索地接受。身為社會的一員,有時固然需要一定程度的協調與妥協,但停止思考與迫於群體壓力而隨波逐流相當危險。

 

舉例來說,大約八十年前,為了天皇而向敵艦發動自殺式攻擊被視為理所當然。大約三十年前,學校老師、大人與父母體罰孩子也被視為理所當然。然而當我們去追根究柢,就會發現這些理所當然很有可能是錯的。這樣的理所當然非常不合理,不僅妨礙了你的成長,也妨礙了整個社會(包括經濟和科學)的成長。

 

宇宙和科學探索的基礎,就在於懷疑精神與批判性思考,為了創造一個讓你能夠展現自己的光芒,每個人都能以各自波長發光的社會,這樣的科學精神、懷疑精神與批判性思考不可或缺。

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