1. 首页 > 自然地理

太阳内部为什么会释放中微子?

这么多年以来,我们对太阳及其构造的认知,基本上都是来自于物理模型推导出来的结果。然而,太阳的内部究竟是什么样,我们还是知之甚少,即使发射了帕克太阳探测器,它也只能在距离太阳表面一定距离内进行观测,根本无法深入到内部去,估计在相当长的时间跨度内,我们都无法将探测器发射到太阳内部,毕竟非目前的人力所能为之。

太阳内部为什么会释放中微子?

太阳发出的中微子

当太阳光照射到我们身上时,它不仅仅是在我们的皮肤上留下光斑。其实,除了可见光、红外线、紫外线、X射线、伽马射线等高能射线之外,还有一种质量非常非常微小、我们无法感知到存在的粒子,这种粒子叫做中微子,科学界形容它为“幽灵粒子”。

太阳内部为什么会释放中微子?

光是从太阳发出的中微子,每秒至少有数万亿个穿过我们的身体,然后再进入到我们脚下的土地里,然后再以接近光速的速度,从地球上呼啸而过。

中微子在标准粒子模型里,属于轻子的一种,它本身不带电荷,质量非常微小,甚至仅为电子质量的百万分之一。正是由于它的质量非常非常小,所以运行速度非常快,达到了非常接近光速的程度。同时,由于它没有电荷属性,基本上不与周围的任何物质发生作用,所以极难被探测到。

太阳内部为什么会释放中微子?

科学家们花了数年时间,在南极和一些高山上设置了特殊的探测装置,来捕捉来自宇宙空间特别是源自太阳的中微子,于2013年首次捕捉到了高能中微子的踪迹。

太阳向外发射光线和能量,根本来源是内部无时无刻不在进行的核聚变。而在这些核聚变中,绝大部分甚至超过99%的都是质子和质子聚合的聚变反应,剩余的极少部分,长期以来,科学家们认为,则是与上面的聚变类型完全不同的模式,即有弱相互作用参与的核反应。通过数十年的努力,科学家们终于首次探测到来自这“第二种反应”产生的中微子。

太阳内部为什么会释放中微子?

通过模型测算,通过“第二种”反应产生的中微子数量级非常庞大,达到每秒10的38次方,一经形成,这些中微子便向“脱缰野马”一样,毫无阻拦地从太阳内部冲向宇宙的四面八方。

探索太阳中微子的意义

科学家们通过精密的测量手段,捕获了来自太阳的中微子,这个发现触及到了天文领域一个非常激烈的争论问题,即太阳的组成成分是什么?

在以往的认知中,我们知道,太阳至少含有 98% 的氢和氦,这是自然界中最轻、含量最丰富的两种元素。但关于剩余的2%的构成,科学家们一直在进行着激烈争论。研究人员可以通过分析物体发出什么颜色的光、或者不发出什么颜色的光,来确定其组成,不过当涉及到太阳中一些潜在的较重成分(比如碳、氮、氧等)时,这个方法就行不通了,因为这些重元素本身不带有“透光”属性。

太阳内部为什么会释放中微子?

当观测这条途径行不通时,科学家们只好转向理论研究。在最早期的太阳成分模型预测中,人们认为太阳内部的碳、氮、氧重元素的含量,应该在1.8%左右。不过进入新世纪后,更加复杂的理论诞生了,科学家们同时结合太阳表面的扰动特征,预测太阳内部的重元素含量比例,降低为1.4%左右。

虽然和之前的推测只有0.4个百分点的差距,但是这对于恒星来说影响是巨大的。太阳是我们研究“最透”的恒星了,对宇宙中其它恒星的研究,我们往往采取的是与太阳进行对比,无论是演化进程,还是光度,以及恒星内部的组成。从组成来看,如果我们将这个差异应用到其它恒星上,那么就将得出整个宇宙中碳、氮、氧等较重元素的数量,普遍要比原来预测物低40%左右。

太阳内部为什么会释放中微子?

而对太阳内部组成进行验证的一个方法,那就是研究从太阳发出、并且穿透地球的中微子。

寻找太阳中微子之旅

从1988年开始,科学家们就开始了寻找太阳中微子的研究。因为所有的核反应都会喷射出中微子,所以,要想捕获来自恒星内部因核反应产生的中微子,首先必须要有非常“干净”的环境,以免对观测结果产生干扰。

太阳内部为什么会释放中微子?

一方面,科学家们通过近20年的时间,开发研制了可以清除其它因素干扰的新型材料,利用这种材料来制造中微子探测器。

另一方面,研究人员选择一处深山来作为观测场所,最终选择的是位于意大利的格兰萨索国家实验室,这个实验室建在一个长度达10公里的深山隧道内。

太阳内部为什么会释放中微子?

整个探测器的核心由300多吨的化学混合物所构成,当中微子与这些液体混合物发生极其罕见的相互作用时,探测器会发生闪烁。另外,1000吨相同的混合物包裹着这个探测器核心,在整体装置的外部又由2300多吨的水进行覆盖。通过这种层层包裹的结构,可以有效阻挡来自格兰萨索山中的岩石和其它物体所发出的伽马射线和中子等微观粒子的影响。

太阳内部为什么会释放中微子?

从2007年探测器启动到2015年这8年的时间里,虽然能够有效探测到太阳主要核聚变类型所产生的中微子,但是对于弱核反应产生的中微子则始终没有探测到。于是,研究团队对探测器进行了改造,使探测器核心中的液体混合物能够保持完全静止状态。

在2015年,研究团队对外宣布,在消除所有其它可能的来源后,每天可以检测到20个有效“闪光”,其中10个来自探测器材料的放射性衰变,而这10个中有3个来自太阳的主要类型核聚变,其它7个则来自于太阳内部罕见“第二核反应”释放出的中微子。

太阳内部为什么会释放中微子?

这一发现,虽然说对太阳内部的组成不具有决定性作用,但是至少给以后的中微子研究提供了参考,让我们对太阳这颗“母星”有了更加深入认知的可能。

声明:部分文章和图片来源于网络,版权归原作者所有,如有侵权,请联系删除:allen585858@qq.com。本站发布此信息目的在于传播更多信息,与本网站立场无关,不保证该信息(包括但不限于文字、数据及图表)准确性、真实性、完整性等。本文地址:https://www.qiwenya.com/zrdl/9485.html

联系我们

在线咨询:点击这里给我发消息

微信号:weixin888

工作日:9:30-18:30,节假日休息