太阳的表面温度（表面温度5500度）

都说“骄阳似火”，不论是古代还是现代，几乎所有历史时期的各个文明都知道太阳是非常热的，但到底有多热呢？

古人给不出答案，直到19世纪末，才由物理学家测出来，太阳表面温度在5500摄氏度左右；至于1500万摄氏度的太阳核心，那则是20世纪后半叶测出来的事了。

在介绍太阳温度前，我们有必要先了解一下太阳是如何“燃烧”的，毕竟这直接关联到核心温度和表面温度。

一颗大煤球→核聚变

由于时代的局限性，在科学刚起步的那些年，科学家们为了解释太阳如何燃烧这件事情上，提出过很多假设，其中有些在我们现在看来，显得非常奇怪，就比如最出名的一个——“煤球燃烧说”。

当时有一拨科学家们认为太阳其实就是一块超级无敌大的煤球，地球上的光和热都是这个大煤球提供的，不过这个假说很快遭到了否定。

最主要的漏洞在于：即便体积和太阳相当的煤球，它的燃烧时间撑死也就两千年，但根据当时的太阳系形成假说，地球与太阳是同时形成的，而预估地球的寿命是在千万年以上的，因而太阳绝不可能是煤球。

太阳系形成假说

之后又提出了挺多五花八门的假说，这里就不再赘述。

直接来看在上世纪20年代由英国的科学家爱丁顿提出的“核聚变假说”

亚瑟.爱丁顿

因为当时科学界已经发现了存在原子核嬗变现象，并且爱因斯坦的相对论也已出现，考虑到在质能方程的“帮助”下，太阳内部的核聚变应当是可以运行数十亿年之久的，问题不大。

而我们现在知道，太阳“燃烧”的真正原因就是核聚变。知道了能量产生原理，那温度又该怎么测呢？

巨型“测温枪”测太阳表面温度

如何测温？考虑到日常生活，想必大家的第一反应就是温度计，比如生病发烧时，我们会用水银温度计去测量胳肢窝下的体温。

然而这样的方式是不可能用在太阳身上的，且不说它没有胳肢窝，即便是有的话，那我们也没那么容易就能送上去，毕竟日地平均距离足足有1.5亿公里，而当时那个年代，别提什么火箭航天了（即便是今天，也是一项颇具难度的工程）。

有些朋友要反驳了，什么年代了呀！还水银温度计，测温枪见过没，根本不需要接触皮肤就能知道温度。

没错，当时的物理学家们还真是用了一个巨型“测温枪”给出了太阳的温度，不过这里的测温枪并不是我们常见的那种手持式的测温装置，而是地球本身，是的，你没听错。

在理解这一点之前，你还需要知道一个非常著名的物理定律，叫做斯特藩-玻尔兹曼定律（1879年和1884年先后提出），这是两个人名合成的定律名称。

简单来讲它给出了能量与温度的关系（物体发出的能量与其自身温度的四次方成正比）。因而想知道太阳的温度，就变成了如何测量太阳每时每刻发出的能量是多久即可。

那么该如何测量呢？理论上不难，举一个简单的例子，由于我们都生活在地球，因而测量的基础是建立在地球上的，因此地球这个“测温枪”距离太阳的距离就是1.5亿公里，而这个测温枪的“热电转换元件”可以是一盆水，可以让太阳直射它一会儿，记录下前后温度，得到温差，再借由质量、比热容等已知的物理条件算出这盆水在单位时间内吸收了多少热量。

最后再乘上一个以1.5亿公里为半径的球面面积，就能得到太阳每秒辐射的总能量。之后将总能量平均分配到太阳表面，最后再代入斯特藩-玻尔兹曼定律，就能得到太阳的表面温度，数值大约为5800开尔文，也就是5500摄氏度左右。

艰难算出太阳核心温度

相比于太阳表面温度的测量，核心温度就比较困难了，因为核心温度是埋藏在太阳中心区域的，里面的发射的电磁波深不可见（因为太阳的结构并不单纯，核心区产能后要经历辐射区和对流区，之后才到光球层，光子在经历这段路程中需要经过数不清的碰撞吸收再释放的过程，整个耗时需要上万年甚至数十万年）。

因此我们也不可能想当然地还利用斯特藩-玻尔兹曼定律，比如说我已经知道了太阳每秒向太空散发的总能量，现在只要将其平均分分配到核心区的表面上，不就能算出温度了吗？实际上算下来，温度才一万出头，距离核聚变的门槛还早呢。

所以当时爱丁顿提出核聚变假说时，也在太阳的核心温度是多少上犯了难，而且这还不是一般的难，如果只是用理想气体以及流体静力学平衡模型，再附加一些假设性的内部元素比例，算下来的温度是不稳定的，大约在两千万到四千万摄氏度之间。

之所以会这样，是因为当时的核物理研究还处于萌芽阶段，因为太阳内部属于氢核聚变，因此在微观尺度上的强弱相互作用以及量子力学效应都需要考虑，至于这些过程的细节，不适合详细讲解，因此就只提一下一个重要的环节——“量子隧穿效应”。

因为这个效应非常重要且非常有意思，我们知道当两个质子相互靠近时，由于同性相斥，所以会遇到一股强大的电磁排斥力，而核聚变就是要克服这股斥力，因而需要高温高压状态。

但是由于隧穿效应的存在，使得这个过程的难度下降了不少，打个比方，按照经典理论，比如两个质子的距离要小于1，才能使得强力大于电磁力，进而聚变，而考虑量子隧穿，那么这个距离可以适当放宽些，比如1.1就可以了。

（刚才的例子只是通俗的讲法，不算严谨，但量子隧穿效应确实存在，比如下面的动图是用扫描隧道电子显微镜移动分子制作的，而这种显微镜的原理就是量子隧穿效应）

因此最后人们通过计算，将太阳的核心温度修正为1500万摄氏度左右。

如何测得太阳核心温度

可事情到这还不算结束，1500万摄氏度毕竟只是算出来的，我们应当有实验进行测量验证才行啊。

而这件事就落到了两个实验上，一个是中微子捕捉，一个是日震学观测。

不得不再提一下，之所以一个是捕捉、一个是观测，那还是因为太阳距离地球太远，表面温度又太高，地球上还没有任何一种物体能够深入太阳内部而不熔化，所以只剩下两个手段，一个是常见的观测，一个就是捕捉太阳核心产生的中微子。

下面就极为简单的说一下这二者的原理：

首先是中微子，因为太阳内部中微子的产生速率对核心温度非常敏感，因而我们依据在地球上捕捉到不同能量中微子的通量就能确定核心温度是多少。

其次是日震学手段，所谓日震学，通俗但不严谨地讲，就是观测太阳上的震动，所以叫日震（类比于地球上的震动，叫地震）。而我们知道，通过地震可以研究地球内部构造，那么日震也是如此，太阳内部的温度、元素占比、自转速度、结构等等，都可以研究。

最后发现，这两种测量手段得到的结果是一致的，太阳核心温度为1500万摄氏度。